KR101070202B1 - 계측방법, 전사특성 계측방법, 노광장치의 조정방법 및디바이스 제조방법 - Google Patents
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Abstract
레티클을 노광장치에 탑재하여 노광하고, 레티클 상의 계측용 마크를 웨이퍼 상에 전사하여 계측용 마크의 제 1 전사 이미지를 형성한다 (단계 212). 이어서, 웨이퍼를 회전시킨 후 (단계 218), 회전후의 웨이퍼에 대하여 계측용 마크를 전사하여 계측용 마크의 제 2 전사 이미지를 형성한다 (단계 224). 이렇게 하여, 계측용 마크의 전사시 레티클에 대한 웨이퍼 방향에 따라, 웨이퍼 상에 각각 형성된 계측용 마크의 제 1, 제 2 전사 이미지의 화상이 SEM 에 의해 각각 입력된다. 입력된 각 화상에 대하여, 어느 화상에도 회전을 더하지 않고 계측방향을 공통으로 하는 화상 처리가 실시되어, 계측용 마크의 제 1, 제 2 전사 이미지 각각의 계측 방향 사이즈가 계측된다. 이로써 화상의 입력과 화상 처리의 조합에 기인한 마크의 사이즈 계측정밀도의 저하가 방지된다.
계측용 마크, 노광장치, 레티클
Description
기술분야
본 발명은 계측방법, 전사특성 계측방법, 노광장치의 조정방법 및 디바이스 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 물체 상에 형성된 마크의 적어도 2 방향에 관한 사이즈의 정보를 계측하는 계측방법, 노광장치에 의해 물체 상에 형성된 마크 (계측용 마크의 전사 이미지) 의 사이즈에 기초하여 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법, 그 전사특성 계측방법을 이용한 노광장치의 조정방법 및 그 조정방법에 의해 조정된 노광장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
배경기술
일반적으로, 반도체소자, 표시소자 (액정표시소자 등), 촬상소자 (CCD 등), 박막자기헤드 또는 마이크로머신 등의 마이크로 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 마스크 또는 레티클 (이하 「레티클」이라 함) 에 형성된 패턴을 웨이퍼 또는 유리플레이트 등의 물체 (이하 「웨이퍼」라 함) 상에 전사하는 여러 가지 노광장치가 사용되고 있다. 최근에는, 스루풋 (throughput) 을 중시하는 관점에서 스텝 앤드 리피트 방식의 축소투영형 노광장치 (이른바 스테퍼) 나 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 노광장치 (이른바 스캐너 (스캐닝 스테퍼라고도 불림)) 등의 축차 이동형 투영노광장치가 주로 사용되고 있다.
이 종류의 투영노광장치는, 마이크로 디바이스의 제조에 사용되는 것이라는 점에서, 최종제품인 디바이스에 원하는 성능을 발휘시키기 위해서는 레티클 상에 형성된 패턴의 투영광학계의 투영배율에 따른 축소 이미지 (패턴이 투영배율에 따른 크기로 축소된 원래의 패턴과 상사형 (相似形) 인 이미지) 를 웨이퍼 상에 정확히 형성할 수 있는 것이 중요하다. 특히, 레티클 상의 동일 사이즈의 패턴의 전사 이미지는, 투영광학계의 유효시야 또는 노광필드 내의 전체영역에서 동일 사이즈로 형성할 수 있는 점, 즉 패턴사이즈의 면내 균일성 등이 중요하다. 예를 들어, 라인패턴의 경우 그 이미지의 선폭이 면내에서 균일함과 함께, 세로라인, 가로라인 사이에서도 선폭 균일성이 중요하다.
상기 패턴사이즈의 면내 균일성 등은 투영광학계의 결상특성에 의해 크게 영향을 받아, 예를 들어 투영광학계에 이미지면 만곡, 구면수차, 코마수차나 디스토션 등의 수차가 있는 경우에는, 각각 다른 위치에 형성되는 동일 사이즈의 패턴 이미지의 형성상태가 다른 것이 된다. 또한, 투영광학계에 비점수차가 있는 경우에는, 동일 사이즈의 가로선 패턴의 레지스트 이미지와 세로선 패턴의 레지스트 이미지의 형성상태가 다른 것이 된다. 이것을 반대로 말하면, 투영광학계를 통하여 웨이퍼 상에 각각 전사된 동일 사이즈의 패턴의 복수의 전사 이미지 (예를 들어 레지스트 이미지 등) 의 사이즈 (예를 들어 선폭) 를 계측하면, 그 계측결과에 기초하여 투영광학계의 결상특성을 알 수 있고, 나아가 투영광학계의 결상특성의 조 정 등 노광장치의 조정이 가능해진다는 것이다.
최근에는, 패턴의 미세화에 함께 웨이퍼 상에 형성된 레지스트 이미지 등의 사이즈 (예를 들어 라인패턴인 경우의 선폭 등) 를 계측하는 경우, 계측장치로서 측장용 주사형 전자현미경 (Scanning Electron Microscope: SEM) (이하 간단히 「SEM」이라 함) 이 사용되는 것이 일반적으로 되어 있다.
그런데, 노광장치에 의해 레티클의 패턴이 웨이퍼 상에 전사되고, 그 웨이퍼의 현상후에 그 웨이퍼 상의 거의 동일위치에 형성된 레지스트 이미지의 선폭 계측을 시판되는 측장용 SEM 시스템을 사용하여 실시하는 경우, 노광장치의 조정을 몇 번이나 반복하여 실시하더라도 세로선 패턴의 레지스트 이미지와 가로선 패턴의 레지스트 이미지에서 최근의 노광장치에 요구되는 패턴 선폭 제어성의 사양 (스펙) 을 만족할 수 없는 선폭차가 계측결과에 포함되어, 반도체공장 내의 노광장치의 개시에 예상외의 시간을 요하는 사태가 자주 발생하게 되었다.
노광장치에 요구되는 패턴 선폭 제어성의 사양 (스펙) 은 앞으로 더욱 엄격해지는 것은 확실하므로, 상기 선폭차를 저감시킬 수 있는 신기술의 개발은 중요하다.
발명의 개시
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자는, 상기 세로선 패턴의 레지스트 이미지와 가로선 패턴의 레지스트 이미지의 선폭차 요인을 정확히 알기 위해 각종 실험을 반복하여 실시한 결과, 투영광학계를 수차가 거의 없는 상태로까지 조정하더라도 상기 서술한 측장용 SEM 에 의한 계측의 결과에 상기 선폭차가 포함되는 것을 확인하였다. 이로 인해, 본 발명자는, 상기 선폭차는 어떠한 요인에 의한 계측오차가 대부분을 차지한다는 결론에 이르러 선폭 계측의 일련의 처리를 분석하였다. 그 결과, SEM 에 의한 레지스트 이미지의 화상 입력 및 그 후에 실시되는 그 화상에 대한 에지 검출 처리를 포함하는 화상 처리의 조합에 상기한 계측오차의 발생요인이 있는 점, 특히 화상 처리 과정에서 가로선 패턴의 레지스트 이미지의 화상만 회전한 화상에 대하여 에지 검출 처리가 실시되는 것이 상기 오차발생의 주요인이라고 거의 확신하였다.
본 발명은 본 발명자의 상기 오차 발생요인의 구명 결과에 기초하여 이루어진 것으로, 제 1 관점에서 보아 물체 상에 형성된 마크의 적어도 2 방향에 관한 사이즈의 정보를 계측하는 계측방법으로서, 상기 물체가 기준방향으로 설정된 제 1 상태에서, 계측장치에 의해 상기 마크의 제 1 화상을 입력하는 제 1 화상 입력 공정 ; 상기 제 1 상태로부터 상기 마크의 적어도 일부가 소정 각도 α(0°<α<180°) 회전한 제 2 상태에서, 상기 계측장치에 의해 상기 마크의 제 2 화상을 입력하는 제 2 화상 입력 공정 ; 상기 제 1 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 실시하여 상기 마크의 상기 기준방향에 직교하는 제 1 방향에 관한 제 1 사이즈를 계측하는 제 1 계측 공정 ; 및 상기 제 2 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 실시하여 상기 마크의 상기 제 1 방향에 대하여 상기 각도 α 회전한 제 2 방향에 관한 제 2 사이즈를 계측하는 제 2 계측 공정을 포함하는 계측방법이다.
이것에 의하면, 물체가 기준방향으로 설정된 제 1 상태에서, 계측장치에 의해 입력된 마크의 제 1 화상에 대해서는 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되고, 마크의 상기 기준방향에 직교하는 제 1 방향에 관한 제 1 사이즈가 계측되고, 또한 상기 제 1 상태로부터 상기 마크의 적어도 일부가 소정 각도 α(0°<α<180°) 회전한 제 2 상태에서, 상기 계측장치에 의해 입력된 마크의 제 2 화상에 대해서는 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되고, 마크의 상기 제 1 방향에 대하여 상기 각도 α 회전한 제 2 방향에 관한 제 2 사이즈가 계측된다. 즉, 제 1 및 제 2 화상은, 예를 들어 물체 상에서의 마크 배치 등에 따라 계측장치에 의한 입력이 실질적으로 동일 조건에서 실시되어, 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되기 때문에, 화상의 입력과 화상 처리의 조합에 기인하는 마크의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명은, 제 2 관점에서 보아, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치의 다른 2 방향에 관한 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서, 상기 노광장치를 사용하여, 상기 2 방향의 전사특성의 계측에 사용되는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크를 물체 상에 형성하는 전사공정 ; 상기 물체를 계측장치 내에서 기준방향으로 설정하여 상기 제 1 및 제 2 요소 중 일방을 포함하는 상기 마크의 적어도 일부의 제 1 화상을 입력함과 함께, 상기 제 1 화상의 입력시와 회전각이 실질적으로 상기 2 방향의 교차각과 동일 각도 α (0°<α<180°) 만큼 다른 상기 제 1 및 제 2 요소 중 타방을 포함하는 상기 마크의 적어도 일부의 제 2 화상을 입력하는 화상 입력 공정 ; 및 상기 제 1 및 제 2 화상을 각각 처리하여 상기 마크의 상기 2 방향에 관한 제 1 및 제 2 사이즈를 각각 계측하는 계측 공정을 포함하는 제 1 전사특성 계측방법이다.
이것에 의하면, 노광장치를 사용하여 2 방향의 전사특성의 계측에 사용되는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크가 물체 상에 형성된다. 다음에, 이 마크가 형성된 물체가 계측장치 내에서 기준방향으로 설정되어 상기 제 1 및 제 2 요소의 일방을 포함하는 상기 마크의 적어도 일부의 제 1 화상이 입력됨과 함께, 제 1 화상의 입력시와 회전각이 실질적으로 상기 2 방향의 교차각과 동일 각도 α (0°<α<180°) 만큼 다른 상기 제 1 및 제 2 요소 중 타방을 포함하는 상기 마크의 적어도 일부의 제 2 화상이 입력된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 화상을 각각 처리하여 상기 마크의 상기 2 방향에 관한 제 1 및 제 2 사이즈가 각각 계측된다. 즉, 제 1 및 제 2 화상은, 예를 들어 물체 상에서의 마크 배치 등에 따라 계측장치에 의한 입력이 실질적으로 동일 조건에서 실시되어 화상 처리가 실시되기 때문에, 화상의 입력과 화상 처리의 조합에 기인하는 마크의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있으며, 결과적으로 노광장치의 다른 2 방향에 관한 전사특성을 정확히 계측 (평가) 하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 제 3 관점에서 보아, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서, 소정의 계측용 마크가 적어도 하나 형성된 패턴영역을 갖는 계측 마스크를 상기 노광장치에 탑재하고 노광하여 상기 패턴영역을 상기 물체 상에 전사하는 제 1 전사공정 ; 상기 계측 마스크 및 상기 물체의 적어도 일방을 회전시켜, 상기 계측 마스크에 대한 상기 물체의 각도가 상기 제 1 전사공정으로부터 소정 각도 α(0°<α<180°) 변화한 상태에서 상기 패턴영역을 상기 물체 상에 전사하는 제 2 전사공정 ; 상기 물체가 기준방향으로 설정된 상태에서, 상기 제 1 전사공정에서 상기 물체 상에 형성된 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지와, 상기 제 2 전사공정에서 상기 물체 상에 형성된 상기 계측용 마크의 제 2 전사 이미지의 화상을, 계측장치에 의해 각각 입력하는 화상 입력 공정 ; 및 입력된 상기 제 1 전사 이미지의 화상과 제 2 전사 이미지의 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 각각 실시하고, 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 상기 기준방향에 대응하는 방향에 직교하는 계측방향에 관한 사이즈를 적어도 계측하는 계측 공정을 포함하는 전사특성 계측방법이다.
이것에 의하면, 소정의 계측용 마크가 적어도 하나 형성된 패턴영역을 갖는 계측 마스크를 노광장치에 탑재하고 노광하여 상기 패턴영역을 물체 상에 전사하고, 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지를 상기 물체 상에 형성한다. 또한, 상기 계측 마스크 및 상기 물체의 적어도 일방을 회전시켜, 상기 계측 마스크에 대한 상기 물체의 각도가 제 1 전사 이미지 형성시의 상태로부터 소정 각도 α (0°<α<180°) 변화한 상태에서 상기 패턴영역을 상기 물체 상에 전사하고, 상기 계측용 마크의 제 2 전사 이미지를 물체 상에 형성한다. 그리고, 상기 물체가 기준방향으로 설정된 상태에서, 물체 상에 형성된 계측용 마크의 제 1 전사 이미지의 화상과 물체 상에 형성된 계측용 마크의 제 2 전사 이미지의 화상이 계측장치에 의해 입력된다. 그리고, 입력된 제 1 전사 이미지의 화상과 제 2 전사 이미지의 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 각각 실시되고, 계측용 마 크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 상기 기준방향에 대응하는 방향에 직교하는 계측방향에 관한 사이즈가 적어도 계측된다. 즉, 제 1 및 제 2 전사 이미지는, 예를 들어 계측장치에 의한 화상입력이 실질적으로 동일 조건에서 실시되도록 물체 상에 각각 형성되기 때문에, 계측장치에 의해 각각 입력된 제 1 및 제 2 전사 이미지의 화상에 대하여 모두 회전을 가하지 않고 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되고, 계측용 마크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 계측방향의 사이즈가 계측된다. 이로 인해, 화상의 입력과 화상 처리의 조합에 기인하는 계측용 마크의 이미지의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있으며, 결과적으로 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 정확히 계측 (평가) 하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 제 4 관점에서 보아, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치의 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향에 관한 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서, 상기 노광장치를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 방향과 각각 계측방향이 실질적으로 일치하는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크를 물체 상에 형성하는 공정 ; 및 상기 물체 상에 형성된 마크의 제 1 및 제 2 요소를 각각 상기 계측방향이 계측장치 내에서 거의 동일 방향이 되도록 검출하여 상기 계측방향에 관한 사이즈를 계측하는 공정을 포함하는 제 3 전사특성 계측방법이다.
여기에서 「검출」이란, 화상의 입력 및 화상 처리 등을 포함하는 종합적인 검출처리를 의미한다.
이것에 의하면, 노광장치를 사용하여 제 1 및 제 2 방향과 각각 계측방향이 실질적으로 일치하는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크가 물체 상에 형성된다. 이어서, 상기 물체 상에 형성된 마크의 제 1 및 제 2 요소가 각각 계측방향이 계측장치 내에서 거의 동일 방향이 되도록 검출되어 상기 계측방향에 관한 사이즈가 계측된다. 즉, 제 1 및 제 2 요소는 계측장치에 의해 계측방향을 동일 방향으로 하여 사이즈 계측이 이루어지기 때문에, 계측대상인 화상의 회전에 기인하는 마크의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있으며, 결과적으로 노광장치의 다른 2 방향에 관한 전사특성을 정확히 계측 (평가) 하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 제 5 관점에서 보아, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치의 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향에 관한 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서, 상기 노광장치를 사용하여, 상기 제 1 및 제 2 방향과 각각 계측방향이 실질적으로 일치하는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크를, 그 회전각이 상기 제 1 및 제 2 방향의 교차각과 거의 동일 각도만큼 다른 제 1 및 제 2 마크로서 물체 상에 형성하는 공정 ; 및 상기 물체 상에 형성된 제 1 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 일방과, 상기 제 1 마크의 일방의 요소와 계측방향이 실질적으로 일치하는 상기 물체 상에 형성된 제 2 마크의 제 1 및 제 2 요소의 타방을 검출하여, 상기 계측방향에 관한 상기 마크의 제 1 및 제 2 요소의 사이즈를 각각 계측하는 공정을 포함하는 제 4 의 전사특성 계측방법이다.
여기에서 「검출」이란, 화상의 입력 및 화상 처리 등을 포함하는 종합적인 검출처리를 의미한다.
이것에 의하면, 노광장치를 사용하여 제 1 및 제 2 방향과 각각 계측방향이 실질적으로 일치하는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크가, 그 회전각이 상기 제 1 및 제 2 방향의 교차각과 거의 동일 각도만큼 다른 제 1 및 제 2 마크로서 물체 상에 형성된다. 다음으로, 그 물체 상에 형성된 제 1 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 일방과, 상기 제 1 마크의 일방의 요소와 계측방향이 실질적으로 일치하는 상기 물체 상에 형성된 제 2 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 타방을 검출하여, 상기 계측방향에 관한 상기 마크의 제 1 및 제 2 요소의 사이즈가 각각 계측된다. 즉, 제 1 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 일방과, 제 2 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 타방은, 예를 들어 계측장치에 의해 실질적으로 동일 조건으로 검출되도록 물체 상에 각각 형성되기 때문에, 모두 회전을 가하지 않고 검출처리가 이루어져, 상기 계측방향에 관한 상기 마크의 제 1 및 제 2 요소의 사이즈가 계측된다. 이로 인해, 마크의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있으며, 결과적으로 노광장치의 다른 2 방향에 관한 전사특성을 정확히 계측 (평가) 하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 제 6 관점에서 보아, 본 발명의 제 1∼제 4 전사특성 계측방법 중 어느 하나를 사용하여, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 계측하는 공정 ; 및 상기 계측결과에 기초하여 상기 노광장치를 조정하는 조정공정을 포함하는 노광장치의 조정방법이다.
이것에 의하면, 본 발명의 제 1∼제 4 전사특성 계측방법 중 어느 하나를 사용하여 노광장치에 의한 패턴의 전사특성이 정확히 계측 (평가) 되고, 이 계측결과에 기초하여 노광장치가 조정된다. 따라서, 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.
또한, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 조정방법에 의해 패턴의 전사특성이 조정되는 노광장치에 의해, 마스크에 형성된 패턴을 감광물체 상에 전사함으로써, 고집적도의 디바이스를 수율 좋게 제조할 수 있다. 따라서 본 발명은, 또 다른 관점에서 보아, 본 발명의 조정방법에 의해 조정된 노광장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 디바이스 제조방법이라고도 할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 일 실시형태에 관련된 노광장치를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 계측용 레티클을 패턴면측에서 본 평면도이다.
도 3 은 노광 장치에 의한 패턴의 전사특성 계측방법의 일부를 처리할 때 노광장치의 주제어장치 내의 CPU 의 처리알고리즘을 간략화하여 나타내는 플로우차트이다.
도 4 는 도 3 의 단계 102 의 서브루틴 처리의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5a 는 제 4 쇼트째까지의 패턴전사처리가 종료되었을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5b 는 제 24 쇼트째까지의 패턴전사처리가 종료되었을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6a 는 제 28 쇼트째까지의 패턴전사처리가 종료되었을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6b 는 전체 48 쇼트의 패턴전사처리가 종료되었을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 은 계측용 웨이퍼 (WT) 상의 쇼트영역 (SA1) 에 형성되는 계측용 마크 (MP1∼MP13) 의 레지스트 이미지 (M1∼M13) 을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1∼도 7 에 기초하여 설명한다.
도 1 에는, 본 발명의 노광장치의 조정방법이 적용되는 일 실시형태에 따른 노광장치 (100) 의 개략구성이 나타나 있다. 이 노광장치 (100) 는, 스텝 앤드 스캔 방식의 투영노광장치 (이른바 스캐너) 이다.
노광장치 (100) 는, 광원 및 조명광학계로 이루어지는 조명계 (10), 이 조명계 (10) 로부터의 에너지빔으로서의 노광용 조명광 (이하 「조명광」이라 약칭함 ; IL) 에 의해 조명되는 마스크로서의 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에서 사출된 조명광 (IL) 을 물체로서의 웨이퍼 (W) 상 (이미지면 상) 에 투사하는 투영광학계 (PL), 웨이퍼 (W) 를 유지하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다.
상기 조명계 (10) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2001-313250호 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 제 2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 광원, 옵티컬 인테그레이터 등을 포함하는 조도균일화 광학계, 빔스플리터, 릴레이렌즈, 가변 ND 필터, 레티클 블라인드 등 (모두 도시 생략) 을 포함하여 구성되어 있다. 이 조명계 (10) 에서는, 레티클 블라인드로 규정된 레티클 (R) 상의 슬 릿형 조명영역 (IAR) 을 조명광 (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 여기서, 조명광 (IL) 으로는, 일례로서 ArF 엑시머레이저광 (파장 193㎚) 이 사용되고 있다. 또한, 옵티컬 인테그레이터로는, 플라이 아이 렌즈, 로드 인테그레이터 (내면반사형 인테그레이터) 또는 회절광학소자 등을 사용할 수 있다. 이 밖에, 조명계 (10) 로서 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-349701호 및 이것에 대응하는 미국특허 제5,534,970호 등에 개시되는 구성을 채용해도 된다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내법령이 허용하는 한 상기 각 공보 및 대응하는 미국 특허출원공개 명세서 또는 미국특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
상기 레티클 스테이지 (RST) 상에는 레티클 (R) 이 장전되어, 도시하지 않은 정전척 (또는 진공척) 등을 통해 흡착 유지되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는 도시하지 않은 구동계에 의해 수평면 (XY 평면) 내에서 미소구동 (회전 포함) 이 가능한 구성으로 되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어 리니어모터 등을 포함하는 도시하지 않은 레티클 스테이지 구동부에 의해, 조명계의 광축 (후술하는 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 일치) 에 수직인 XY 평면 내에서 미소구동 가능 (Z축 둘레의 회전을 포함함) 함과 함께, 소정 주사방향 (여기에서는 Y축 방향으로 함) 으로 지정된 주사속도로 구동 가능하게 되어 있다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치는, 레티클 스테이지 (RST) 에 마련된 (또는 형성된) 반사면을 통하여 레티클 레이저 간섭계 (이하 「레티클 간섭계」라 함 ; 54R) 에 의해, 예를 들어 0.5∼1㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 레티클 간섭계 (54R) 로부터의 레티클 스테이지 (RST) 의 위치정보는, 조명광학계 (광원을 제외한 조명계 (10) 의 구성부분) 및 투영광학계 등을 내부에 수용하는 도시하지 않은 본체 챔버의 외부에 설치된 주제어장치 (50) 에 공급된다. 주제어장치 (50) 는, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치정보에 기초하여 레티클 스테이지 구동부 (도시 생략) 를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 를 구동 제어한다.
상기 투영광학계 (PL) 는, 예를 들어 양측 텔레센트릭한 축소계가 사용되고 있다. 이 투영광학계 (PL) 의 투영배율은 예를 들어 1/4, 1/5 또는 1/6 등이다. 이 때문에, 상기와 같이 하여 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 상의 조명영역 (IAR) 이 조명되면, 투영광학계 (PL) 를 통하여 그 조명영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로패턴 등의 축소 이미지가 그 조명영역 (IAR) 과 공액인 웨이퍼 (W) 상의 조명광 (IL) 의 조사영역 (노광영역 ; IA) 에 형성된다.
투영광학계 (PL) 로는, 복수 장, 예를 들어 10∼20장 정도의 굴절광학소자 (렌즈소자 ; 13) 만으로 이루어지는 굴절계가 사용되고 있다. 이 투영광학계 (PL) 를 구성하는 복수 장의 렌즈소자 (13) 중 물체면 측 (레티클 (R) 측) 의 복수 장 (여기에서는 설명을 간략화하기 위해 4장으로 함) 의 렌즈소자 (131, 132, 133, 134) 는 결상특성 보정 컨트롤러 (48) 에 의해 외부로부터 구동 가능한 가동렌즈로 되어 있다. 렌즈 소자 (131∼134) 는, 도시하지 않은 이중구조의 렌즈홀더를 각각 이용하여 경통에 유지되어 있다. 이들 렌즈소자 (131∼134) 는, 내측 렌즈홀더에 각각 유지되고, 이들의 내측 렌즈홀더가 도시하지 않은 구동소자 (액츄에이 터), 예를 들어 피에조 소자 등에 의해 중력방향에 관해 3점에서 외측 렌즈홀더에 지지되어 있다. 그리고, 이들 구동소자에 대한 인가전압을 독립하여 조정함으로써 렌즈소자 (131∼134) 각각을 투영광학계 (PL) 의 광축 방향인 Z축 방향으로 시프트 구동, 및 XY 면에 대한 경사방향 (즉 X축 둘레의 회전방향 (θx 방향) 및 Y축 둘레의 회전방향 (θy 방향) 으로 구동 가능 (틸트 가능) 한 구성으로 되어 있다.
그 밖의 렌즈소자 (13) 는, 통상의 렌즈홀더를 개재하여 경통에 유지되어 있다. 또, 렌즈소자 (131∼134) 에 한정되지 않고 투영광학계 (PL) 의 동공면 근방, 또는 이미지면측에 배치되는 렌즈소자, 또는 투영광학계 (PL) 의 수차, 특히 그 비회전대칭 성분을 보정하는 수차보정판 (광학플레이트) 등을 구동 가능하게 구성해도 된다. 그리고, 그들 구동 가능한 광학소자의 자유도 (이동 가능한 방향) 는 3개에 한정되는 것은 아니며 1개, 2개 또는 4개 이상이어도 된다.
상기 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는 웨이퍼홀더 (25) 를 통해 웨이퍼 (W) 가 진공흡착 (또는 정전흡착) 등에 의해 유지되어 있다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼홀더 (25) 로서 일본 공개특허공보 2002-050560호 및 이것에 대응하는 미국 특허출원공개 2003/0020889호 명세서 등에 개시되는 것과 같은, 도시하지 않은 구동장치 (예를 들어 회전모터) 에 의해, 웨이퍼를 유지한 상태에서 Z축 둘레로 거의 180°의 각도범위 내에서 회전이 가능하게 된 홀더가 채용되어 있다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내법령이 허용하는 한 상기 공보 및 대응하는 미국 특허출원공개 명세서에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 투영광학계 (PL) 의 하방에 배치되어 리니어모터, 보이스코일모터 (VCM) 등으로 이루어지는 웨이퍼 스테이지 구동부 (56) 에 의해 XY 평면내 방향 및 Z축 방향으로 이동 가능하고, XY 면에 대한 경사 방향 (X축 둘레의 회전 방향 (θx 방향) 및 Y축 둘레의 회전 방향 (θy 방향)) 으로도 미소구동 가능하게 되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면내에서의 위치 (Z축 둘레의 회전 (θz 회전) 을 포함함) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 마련된 (또는 형성된) 반사면을 통하여 웨이퍼 레이저 간섭계 (이하 「웨이퍼 간섭계」라 약칭함 ; 54W) 에 의해, 예를 들어 0.5∼1㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출되고 있다. 웨이퍼 간섭계 (54W) 는, 측장축을 복수 갖는 다축 간섭계를 복수 포함하며, 이들 간섭계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 회전 (θz 회전 (요잉 (yawing)), Y축 둘레의 회전인 θy 회전 (롤링), 및 X축 둘레의 회전인 θx 회전 (피칭)) 을 계측할 수 있게 되어 있다.
웨이퍼 간섭계 (54W) 에 의해 검출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치정보 (또는 속도정보) 는 주제어장치 (50) 에 공급된다. 주제어장치 (50) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상기 위치정보 (또는 속도정보) 에 기초하여 웨이퍼 스테이지 구동부 (56) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 제어한다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 후술하는 레티클 얼라인먼트용의 복수 쌍의 제 1 기준마크, 후술하는 얼라인먼트계 (ALG) 의 베이스라인 계측용 기준마크 등이 형성된 기준마크판 (FM) 이, 그 표면이 웨이퍼 (W) 의 표면과 거의 동일 높이가 되도록 고정되어 있다.
본 실시형태의 노광장치 (100) 에는, 주제어장치 (50) 에 의해 온·오프가 제어되는 광원을 갖고, 투영광학계 (PL) 의 결상면을 향하여 다수의 핀 홀 또는 슬릿의 이미지를 형성하기 위한 결상광속을 광축 (AX) 에 대하여 기울기 방향으로부터 조사하는 조사계 (60a) 와, 그들 결상광속의 웨이퍼 (W) 표면에서의 반사광속을 수광하는 수광계 (60b) 로 이루어지는 사입사 방식의 다점 초점위치 검출계 (이하, 간단히 「초점위치 검출계」라 함) 가 형성되어 있다. 또, 본 실시형태의 초점위치 검출계 (60a, 60b) 와 동일한 다점 초점위치 검출계의 상세한 구성은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-283403호 및 이것에 대응하는 미국특허 제5,448,332호 등에 개시되어 있다. 또, 상기 공보 등에 기재된 다점 초점위치 검출계는, 웨이퍼 (W) 상의 노광영역 (IA) 의 내부뿐만 아니라 그 외측에도 결상광속을 조사함으로써 웨이퍼 (W) 의 기복 (단차정보) 을 미리보기하는 기능 등을 갖고 있지만, 이들 기능은 없어도 된다 (즉, 노광영역 (IA) 의 내부에만 결상광속을 조사하기만 하면 된다). 또, 조사계 (60a) 에 의해 조사되는 광속의 형상은, 평행사변형, 기타 형상이어도 된다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내법령이 허용하는 한 상기 공보 및 대응하는 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
주제어장치 (50) 에서는, 주사노광시 등에 수광계 (60b) 로부터의 초점 어긋남 신호 (디포커스 신호), 예를 들어 S 커브신호에 기초하여 초점 어긋남이 영 (zero) 또는 초점심도 내가 되도록, 웨이퍼 (W) 의 Z 위치 및 XY 면에 대한 경사를 웨이퍼 스테이지 구동부 (56) 를 통하여 제어함으로써, 오토포커스 (자동 초점 맞춤) 및 오토레벨링을 실행한다.
그리고, 노광장치 (100) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 유지된 웨이퍼 (W) 상의 얼라인먼트마크 및 기준마크판 (FM) 상에 형성된 기준마크의 위치계측 등에 사용되는 오프 액시스 (off-axis) 방식의 얼라인먼트계 (ALG) 를 구비하고 있다. 이 얼라인먼트계 (ALG) 로는, 예를 들어 웨이퍼 상의 레지스트를 감광시키지 않는 광대역인 검출광속을 대상마크에 조사하여, 그 대상마크로부터의 반사광에 의해 수광면에 결상된 대상마크의 이미지와 도시하지 않은 지표의 이미지를 촬상소자 (CCD 등) 를 사용하여 촬상하고, 그들의 촬상신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alignment) 계의 센서가 사용된다. 또, FIA 계에 한하지 않고, 코히어런트한 검출광을 대상마크에 조사하여 그 대상마크로부터 발생하는 산란광 또는 회절광을 검출하거나, 그 대상마크로부터 발생하는 2개의 회절광 (예를 들어 같은 차수) 을 간섭시켜 검출하거나 하는 얼라인먼트 센서를 단독으로 또는 적절히 조합하여 사용하는 것은 물론 가능하다.
그리고, 본 실시형태의 노광장치 (100) 에서는 도시는 생략되어 있지만, 레티클 (R) 의 상방에, 투영광학계 (PL) 를 통하여 레티클 (R) 상의 한 쌍의 레티클마크와 대응하는 기준마크판 상의 한 쌍의 제 1 기준마크를 동시에 관찰하기 위한 노광파장의 광을 사용한 TTR (Through The Reticle) 얼라인먼트계로 이루어지는 한 쌍의 레티클 얼라인먼트계가 형성되어 있다. 이들 레티클 얼라인먼트계로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-176468호 및 이것에 대응하는 미국특허 제5,646,413호 등에 개시되는 것과 동일한 구성인 것이 사용된다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내법령이 허용하는 한 상기 공보 및 대응하는 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
상기 제어계는, 도 1 중 상기 주제어장치 (50) 에 의해 주로 구성된다. 주제어장치 (50) 는 CPU (중앙연산처리장치), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory) 등으로 이루어지는 이른바 워크스테이션 (또는 마이크로컴퓨터) 등으로 구성되며, 상기 서술한 각종 제어동작을 하는 것 외에 장치 전체를 통괄하여 제어한다.
또, 본 실시형태의 노광장치 (100) 에는, 도시하지 않은 코터·디벨로퍼 (이하 「C/D」라 함) 가 인라인으로 접속되어 있다. 이 C/D 는, 웨이퍼에 대한 레지스트의 도포를 하는 코터 (레지스트 도포) 부, 노광후의 웨이퍼를 현상하는 디벨로퍼 (현상) 부 및 도포제어장치, 현상제어장치를 포함하여 구성되며, 도포제어장치 및 현상제어장치에 의해 웨이퍼에 대한 레지스트 도포 동작 및 현상 동작이 제어된다.
또한, 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 는, 하전입자선 주사형 계측장치의 일종인 측장 SEM 을 포함하여 구성되는 SEM 시스템 (80) 에 통신로를 통하여 접속되어 있다. 이 SEM 시스템 (80) 은, 간단히 설명하면 예를 들어 10-5Pa 이상으로 유지된 전자빔 경통 내에서 전자계 렌즈에 의해 1차 빔을 수렴하여 측장패턴 상을 조사하여, 조사면에서 방출되는 2차 전자 및 반사전자를 모아 그 라인 프로파일로부터 측장패턴·에지를 검출하여 패턴치수를 계측하는 시스템이다.
SEM 시스템 (80) 은, 일례로서 a) SEM 부, b) TFE (Thermal Field Emission) 고압 전원, 집속렌즈 및 대물렌즈 전원, 주사용 편향 전원, Z 센서 제어계, 2차 전자 검출기를 통합하는 SEM 제어계, c) 웨이퍼 반송, 레이저 간섭계를 탑재하여 고속스테이지 구동을 관리하는 스테이지 제어계, d) 2차 전자 신호와 편향 신호를 동기시켜 화상신호에 전송하는 신호변환기, e) 화상 처리계 (표시장치 포함), f) 시스템 전체를 통괄적으로 제어하는 메인컴퓨터 등을 포함하여 구성된다.
본 실시형태에서는, SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터가 통신로를 통하여 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 에 접속되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 조정방법에 의해 그 이미지 (레지스트 이미지 등) 가 선폭의 계측대상이 되는 계측용 마크가 형성된 계측 마스크로서의 계측용 레티클 (RT) 에 대하여 도 2 에 기초하여 설명한다. 이 도 2 는, 계측용 레티클 (RT) 을 패턴면측에서 본 평면도이다. 이 도 2 에 나타내는 바와 같이, 계측용 레티클 (RT) 은 직사각형의 유리기판으로 이루어지고, 그 패턴면의 중앙부에 차광대 (SB) 로 둘러싸이는 직사각형 패턴영역 (PA) 이 형성되어 있다. 패턴영역 (PA) 의 내부에는 합계 13개의 계측용 마크 (MP1∼MP13) 가 형성되어 있다. 이들 계측용 마크는, Y축 방향에 관하여 3행으로 배치되고, 그 중앙의 행에 7개의 계측용 마크 (MP4∼MP10) 가 등간격으로 배치되며, 그 밖의 행에 각각 3개의 계측용 마크 (MP1∼MP3, MP11∼MP13) 가 등간격으로 배치되어 있다.
각 계측용 마크 MPj (j=1∼13) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 계측용 레티클 (RT) 상에서 Y축 방향으로 연장되는 설계상의 선폭이 예를 들어 400㎚ 인 제 1 라인패턴 요소 (또는 제 1 마크 요소, 이하에서는 「세로선 패턴 요소」라고도 함 ; PV) 와, Y축 방향에 대하여 각도 α (α는 여기에서는 90°(또는 270°)) 도 2 에서의 시계방향으로 회전한 방향인 X축 방향으로 연장되는 설계상의 선폭이 예를 들어 400㎚ 인 제 2 라인패턴 요소 (또는 제 2 마크 요소, 이하에서는 「가로선 패턴 요소」라고도 함 ; PH) 를 포함한다. 투영광학계 (PL) 의 투영배율을 1/4 로 하고, 이들 제 1 라인패턴 요소 (PV) 와 제 2 라인패턴 요소 (PH) 를 웨이퍼 상에 전사하면, 투영광학계 (PL) 에 구면수차, 비점수차 등의 여러 가지 수차가 존재하지 않는 이상적인 상태에서는, 제 1 라인패턴 요소 (PV) 와 제 2 라인패턴 요소 (PH) 의 이미지로서 선폭 100㎚ 의 라인패턴 이미지가 각각 얻어지게 된다.
또한, 패턴영역 (PA) 의 중심 (레티클 센터에 일치하는 것으로 함) 을 통과하는 X축 상의 패턴영역 (PA) 의 양 외측에는 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 가 형성되어 있다. 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1) 를 중심으로 하여 Y축 방향의 일측과 타측으로 동일 거리만큼 떨어져서 레티클 얼라인먼트 마크 (RM3, RM5) 가 각각 형성되어 있다. 또한, 레티클 얼라인먼트 마크 (RM2) 를 중심으로 하여 Y축 방향의 일측과 타측으로 동일 거리만큼 떨어져서 레티클 얼라인먼트 마크 (RM4, RM6) 가 각각 형성되어 있다. 레티클 얼라인먼트 마크 (RM3 과 RM4, RM5 과 RM6) 는, 레티클센터를 통과하는 Y축에 관해 대칭인 배치로 되어 있다. 이 계측용 레티클 (RT) 은 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드된 상태에서는 패턴면 (도 2 에서의 지면 앞측의 면) 이 투영광학계 (PL) 에 대향하는 측의 면이 된다.
다음으로, 본 실시형태에 관련된 노광장치의 조정방법 중 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 에 의해 제어되는 동작, 즉 노광장치 (100) 및 노광장치 (100) 에 인라인으로 접속되어 있는 C/D 에서 실시되는 동작에 대하여 주제어장치 (50) 내 CPU 의 처리알고리즘을 간략화하여 나타내는 도 3, 도 4 의 플로우차트를 따라, 또한 적당히 다른 도면을 참조하면서 설명한다.
이 동작의 전제로서, 레티클 스테이지 (RST) 상에는 레티클이 탑재되어 있지 않고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는 웨이퍼가 탑재되어 있지 않은 것으로 한다.
도 3 의 단계 102 에서는, 계측용 레티클 (RT) 의 패턴전사의 서브루틴 처리를 한다. 이 서브루틴에서는, 먼저 도 4 의 단계 202 에 있어서 도시하지 않은 레티클로더를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 상에 계측용 레티클 (RT) 을 로드한다.
이어서, 단계 204 에 있어서, 레티클 얼라인먼트 등의 소정 준비작업을 한 다. 구체적으로는, 먼저 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 형성된 기준마크판 (FM) 의 표면에 형성되어 있는 특정한 한 쌍의 제 1 기준마크의 중심이 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 거의 일치하는 기준위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킴과 함께, 계측용 레티클 (RT) 상의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 의 중심 (레티클센터) 이 투영광학계 (PL) 의 광축과 거의 일치하는 기준위치에 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시킨다. 여기서 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동은, 주제어장치 (50) 가 웨이퍼 간섭계 (54W) 의 계측치를 모니터하면서 웨이퍼 스테이지 구동부 (56) 를 제어함으로써 실시되고, 레티클 스테이지 (RST) 의 이동은, 주제어장치 (50) 가 레티클 간섭계 (54R) 의 계측치를 모니터하면서 도시하지 않은 레티클 스테이지 구동부를 제어함으로써 실시된다. 이하에서도 동일하다.
이어서, 상기 서술한 한 쌍의 레티클 얼라인먼트계에 의해 조명광 (IL) 을 사용하여 기준마크판 (FM) 상의 특정한 한 쌍의 제 1 기준마크와 그것에 대응하는 계측용 레티클 (RT) 상의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 의 투영 이미지의 상대위치 검출을 실시한다. 이어서, 레티클 스테이지 (RST), 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 서로 반대방향으로 Y축 방향으로 단계 이동시키고, 상기 서술한 한 쌍의 레티클 얼라인먼트계에 의해 조명광 (IL) 을 사용하여 기준마크판 (FM) 상의 다른 한 쌍의 제 1 기준마크와 그것에 대응하는 계측용 레티클 (RT) 상의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM3, RM4) 의 투영 이미지의 상대위치 검출을 실시한다.
즉, 이렇게 하여 기준마크판 (FM) 상의 적어도 2쌍의 제 1 기준마크와 대응 하는 계측용 레티클 (RT) 상의 레티클 얼라인먼트 마크와의 상대위치를, 레티클 스테이지 (RST), 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Y축 방향으로 단계 이동시키면서 레티클 얼라인먼트계를 사용하여 계측함으로써, 웨이퍼 간섭계의 측장축으로 규정되는 웨이퍼 스테이지 좌표계와 레티클 간섭계의 측장축으로 규정되는 레티클 스테이지 좌표계와의 위치관계의 검출, 즉 레티클 얼라인먼트가 실시된다. 또, 이 레티클 얼라인먼트에서는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시키는 일없이 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시키기만 하면 된다.
또한, 예를 들어 조명광 (IL) 의 조사영역 (조명영역 (IAR)) 의 비주사방향의 폭이 계측용 레티클 (RT) 의 패턴영역 (PA) 의 비주사방향의 폭과 거의 일치하도록 조명계 (10) 내의 가동 레티클 블라인드의 비주사방향의 개구 폭을 조정한다.
이렇게 하여 소정 준비작업이 종료되면, 다음 단계 206 로 이행하여 상기 서술한 C/D 로부터 도시하지 않은 웨이퍼로더를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 계측용 웨이퍼 (이하 「계측용 웨이퍼」라고도 함 ; WT) 를 로드한다. 이 경우, 예를 들어 도 5a 에 나타내는 바와 같이, 표면에 레지스트가 도포된 계측용 웨이퍼 (WT) 는 그 외주부의 일부에 형성된 노치 (N) 가 -Y 방향을 향한 상태 (이하 「0°인 상태」라고도 함) 에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 웨이퍼홀더 (25) 를 통해 탑재되는 것으로 한다.
다음 단계 208 에서는, 계측용 웨이퍼 (WT) 에 대한 제 n 회째 노광인 것을 나타내는 도시하지 않은 카운터의 카운트치 (n) 를 「1」로 초기화한다.
다음 단계 210 에서는, 제 n 회째 (여기에서는 제 1 회째) 노광을 위한 가속개시위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킴과 함께, 계측용 레티클 (RT) 의 위치가 가속개시위치가 되도록 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시킨다.
다음 단계 212 에서는, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y축 방향에 관한 상대주사를 개시한다. 그리고, 양 스테이지가 각각 목표주사속도에 이르러 등속 동기 상태에 달하면, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 계측용 레티클 (RT) 의 패턴영역 (PA) 이 조명되기 시작하여 주사노광이 개시된다. 그리고, 계측용 레티클 (RT) 의 패턴영역 (PA) 의 다른 영역이 조명광 (IL) 으로 차례로 조명되어, 패턴영역 전체면에 대한 조명이 완료됨으로써 주사노광이 종료된다. 이로써, 계측용 레티클 (RT) 에 형성된 패턴영역 (PA) 이 투영광학계 (PL) 를 통하여 계측용 웨이퍼 (WT) 상의 노광대상영역에 축소 전사된다.
다음 단계 214 에서는, 상기 서술한 카운터의 카운트치 (n) 를 참조하여 n=K 인지 아닌지, 즉 예정되어 있는 K 개의 패턴영역의 전사 이미지를 웨이퍼 (WT) 상에 형성하기 위한 노광이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 여기에서는, n=1, 즉 최초 (제 1 회째) 의 노광에 의해 패턴영역 (PA ; 즉, 본 예에서는 13개의 계측용 마크 (MPj)) 의 전사 이미지가 하나만 웨이퍼 (WT) 상에 형성되었을 뿐이므로, 단계 214 에서의 판단은 부정되어 단계 216 로 이행한다.
이어서, 단계 216 에서는, 상기 서술한 카운터의 카운트치 (n) 를 1 인크리먼트하여 (n←n＋1) 단계 210 으로 되돌아간다.
이후, 단계 214 에서의 판단이 긍정이 될 때까지 단계 210→212→214→216 의 루프의 처리 (판단을 포함) 를 반복한다. 또, 도 5a 에는 n=4 인 상태에서 단계 212 가 종료되었을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태가 나타나 있다.
그리고, K 회째 주사노광에 의해 계측용 웨이퍼 (WT) 상에 예정되어 있는 K 개 (여기에서는 K=24 로 함) 의 패턴영역 (PA (13개의 계측용 마크 (MPj)) 의 전사 이미지가 형성되면, 단계 218 으로 이행한다. 또, 도 5b 에는 단계 218 의 처리가 개시되기 직전의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태가 나타나 있다. 또한, 도 5a, 도 5b 에서는 1 회의 주사노광에 의한 웨이퍼 (WT) 상에서의 조명광 (IL) 의 조사범위 (패턴영역 (PA) 의 전사 이미지의 형성영역) 이 쇼트영역 (SAn) 으로서 나타나 있고, 본 실시형태에서는 웨이퍼 (WT) 상에서 서로 분리하여 설정되는 다른 24개의 쇼트영역 (예를 들어 26×33㎜ 의 필드사이즈) 에 각각 패턴영역 (PA) 의 전사 이미지가 형성된다.
단계 218 에서는, 도시하지 않은 구동장치 (예를 들어 회전모터) 를 통하여, 웨이퍼홀더 (25) 를 계측용 웨이퍼 (WT) 를 유지한 상태에서 Z축 둘레로 90°(예를 들어 시계방향으로 90°) 회전구동한다. 이것에 의해, 계측용 웨이퍼 (WT) 는 도 6a 에 나타내는 바와 같이 노치 (N) 가 -X 방향을 향한 상태 (이하 「90°의 상태」라고도 함) 로 설정된다.
다음으로, 단계 220 에서는 카운트치 (n) 를 1 인크리먼트하여 (n←n＋1), 다음 단계 222 로 이행한다.
단계 222 에서는, 제 n 회째 노광 (여기에서는 도 6a 에 나타내는 제 25번째 쇼트영역 (SA25; 패턴영역 (PA) 의 25개째 전사 이미지) 을 형성하기 위한 노광) 을 위한 가속개시위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킴과 함께, 계측용 레티클 (RT) 의 위치가 가속개시위치가 되도록 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시킨다.
다음 단계 224 에서는, 상기 서술한 단계 212 와 동일하게 하여 주사노광하여, 계측용 레티클 (RT) 의 패턴영역 (PA) 의 전사 이미지를 웨이퍼 (WT) 상에 형성한다. 여기에서는, 도 6a 에 나타내는 쇼트영역 (SA25) 에 패턴영역 (PA) 의 전사 이미지가 형성된다. 이 쇼트영역 (SA25) 은, 앞서 형성된 쇼트영역 (SA1∼SA24) 에 대하여 90° 회전한 방향의 쇼트영역이다.
다음 단계 226 에서는, 카운터 (n) 를 참조하여 n=M 인지 아닌지, 즉 예정되어 있는 모든 쇼트수 (M ; 여기에서는 M=48 로 함) 의 노광이 실시되었는지 아닌지를 판단한다. 여기에서는, n=25 이므로 이 단계 226 에서의 판단은 부정되어 단계 220 으로 되돌아간다.
그 후, 단계 226 에서의 판단이 긍정이 될 때까지 단계 220→222→224→226 의 루프의 처리 (판단을 포함) 를 반복한다. 또, 도 6a 에는 n=28 인 상태에서 단계 224 의 처리가 종료되었을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태가 나타나 있다.
그리고, 계측용 웨이퍼 (WT) 상에 예정되어 있는 모든 쇼트수 M (=48) 의 패턴영역 (PA) 의 전사가 종료되면, 이 서브루틴의 처리를 종료하여 도 3 의 메인루틴의 단계 104 로 리턴한다. 또, 도 6b 에는 단계 102 의 계측용 레티클 (RT) 의 패턴전사의 서브루틴 처리가 모두 종료되었을 때의, 계측용 웨이퍼 (WT) 의 상태가 나타나 있다. 이 상태에서는, 웨이퍼 중심을 사이에 둔 좌우 영역에 길이방향이 90° 다른 쇼트영역이 24개씩 형성되어 있다.
도 3 으로 돌아가, 다음 단계 104 에서는 상기 단계 102 의 서브루틴으로 노광처리 완료된 계측용 웨이퍼 (WT) 를 노광장치 (100) 에 인라인으로 접속된 C/D 에 반송한다. 이 경우, 계측용 웨이퍼 (WT) 는, 도시하지 않은 웨이퍼 언로더를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에서 언로드됨과 함께 웨이퍼 반송계를 통해 C/D 내에 반송되게 되어 있다.
다음 단계 106 에서는, C/D 를 구성하는 디벨로퍼부를 제어하는 현상제어장치에 대하여, 계측용 웨이퍼 (WT) 의 현상처리를 지시한 후 단계 108 로 진행하여 계측용 웨이퍼 (WT) 의 현상이 종료되기를 기다린다.
이 대기 시간 동안 C/D 측에서 계측용 웨이퍼 (WT) 의 현상이 이루어지고, 이 현상의 종료에 의해, 계측용 웨이퍼 (WT) 상에는 도 6b 에 나타내는 바와 같은 쇼트영역 (SA1∼SA48) 에 각각 패턴영역 (PA) 이 형성된다. 이 경우, 쇼트영역 (SA1) 에는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 13개의 계측용 마크 (MP1∼MP13) 의 레지스트 이미지 (M1∼M13 ; 이하, 편의상 「마크 Mj」라고도 함) 가 형성된다. 그 밖의 쇼트영역 (SA2∼SA48) 에 대해서도 마찬가지이다. 이러한 레지스트 이미지 (마크 ; Mj) 가 형성된 계측용 웨이퍼 (WT) 가 노광장치 (100) 의 패턴의 전사특성을 계측하기 위한 시료가 된다.
현상이 종료되어 현상제어장치로부터 그러한 통지를 받아 현상의 종료를 확인하면 단계 110 으로 진행하여, 도시하지 않은 웨이퍼 반송계를 통해 현상완료된 계측용 웨이퍼 (WT) 를 SEM 시스템 (80) 근방의 소정 장소로 반송하여 본 루틴의 일련의 처리를 종료한다. 여기서, 소정 장소란, 오퍼레이터가 현상완료된 웨이퍼를 용이하게 꺼낼 수 있고, 또한 그 꺼낸 웨이퍼를 SEM 시스템 (80) 의 대기측 웨이퍼 반송계에 반입하기에 알맞은 장소이며, 미리 정해진 장소를 가리킨다.
그 후, 오퍼레이터는 현상완료된 계측용 웨이퍼 (WT) 를 상기 소정 장소에서 꺼내어 SEM 시스템 (80) 의 대기측 웨이퍼 반송계에 반입한다.
그 후, 오퍼레이터의 지시에 따라 SEM 시스템 (80) 에 의해 통상과 같은 순 서로 계측용 웨이퍼 (WT) 를 시료로 하여, 레지스트 이미지 중의 패턴의 사이즈 (치수) 계측이 실시된다.
이 경우, 오퍼레이터의 지시에 따라 계측용 웨이퍼 (WT) 가 SEM 시스템 (80) 을 구성하는 대기측의 반송계, 로드로크실, 진공측의 반송계를 순차대로 거쳐 시료실 내에 반입된다. 시료실 내에서는, 계측용 웨이퍼 (WT) 는 0°의 방향 (이것을 기준방향으로 함) 을 향하고 있다. 여기에서 기준방향이란 계측용 웨이퍼 (WT) 상의 쇼트영역 (SA1∼SA24) 의 길이방향 및 이것에 직교하는 방향 (쇼트영역 (SA25∼SA48) 의 길이방향에 일치) 이, SEM 시스템 (80) 의 시료실 내의 스테이지의 이동좌표인 직교좌표계로 (XY 좌표계) 의 좌표축에 각각 일치하였을 때의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 방향을 가리키며, 여기에서는 계측용 웨이퍼 (WT) 의 중심과 노치 (N) 를 잇는 선분이 Y축에 일치하는 방향인 것으로 한다.
이 때, 오퍼레이터는 SEM 시스템 (80) 에 대하여 0°의 방향의 계측용 웨이퍼 (WT) 상의 모든 쇼트영역 (SA1∼SA48) 내의 모든 마크 (M1∼M13) 의 기준방향에 직교하는 계측방향에 관한 사이즈의 계측을 지시한다. 여기에서 계측방향이란, 도 6b 에서의 Y축 방향에 상당한다.
또, 이 경우에서의 마크 (레지스트 이미지) 의 계측방향에 관한 사이즈는 쇼트영역 (SA1∼SA24) 내부의 마크 (M1∼M13) 에 대해서는, 상기 서술한 계측용 마크 (MP1∼MP13) 의 제 1 라인패턴 요소 (세로선 패턴 요소 ; PV) 의 이미지의 선폭이고, 쇼트영역 (SA25∼SA48) 내부의 마크 (M1∼M13) 에 대해서는, 상기 서술한 계측용 마크 (MP1∼MP13) 의 제 2 라인패턴 요소 (가로선 패턴 요소 ; PH) 의 이미지의 선폭이다.
따라서, 상기 오퍼레이터의 지시에 따라 SEM 시스템 (80) 에 의해 계측용 웨이퍼 (WT) 상의 모든 쇼트영역 (SA1∼SA48) 내의 모든 마크 (M1∼M13) 의 화상 (SEM 화상) 이 각각 입력된다. 또, 48개의 쇼트영역 각각에서 13개의 마크의 레지스트 이미지에 관해 그 전체의 화상을 입력하지 않아도 되며, 예를 들어 쇼트영역 (SA1∼SA24) 에서는 마크마다 그 세로선 패턴 요소 (PV) 의 이미지에 대해서만, 쇼트영역 (SA25∼SA48) 에서는 마크마다 그 가로선 패턴 요소 (PH) 의 이미지에 대해서만 그 화상을 입력하기만 해도 된다.
이어서, SEM 시스템 (80) 의 화상 처리계에 의해, 그 입력된 계측용 웨이퍼 (WT) 상의 모든 쇼트영역 (SA1∼SA48) 내의 모든 마크 (M1∼M13) 의 화상 각각에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 각각 실시되고, 쇼트영역 (SA1∼SA24) 내부의 마크 (M1∼M13) 에 대해서는, 상기 서술한 제 1 라인패턴 요소 (세로선 패턴 요소 ; PV) 의 이미지 (제 1 요소, 제 1 부분, 제 1 라인요소) 의 선폭 및 쇼트영역 (SA25∼SA48) 내부의 마크 (M1∼M13) 에 대해서는, 상기 서술한 제 2 라인패턴 요소 (가로선 패턴요소; PH) 의 이미지 (제 2 요소, 제 2 부분, 제 2 라인요소) 의 선폭이 각각 계측되고, 그 계측결과가 SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터의 내부 메모리에 기억됨과 함께 표시장치의 화면 상에 표시된다.
이 때, 표시장치의 화면 상에는, 제 1 라인패턴 요소 (세로선 패턴 요소 ; PV) 의 이미지의 24×13=312 개의 선폭의 계측치 (이하 「선폭치」라 함) 및 제 2 라인패턴 요소 (가로선 패턴 요소 ; PH) 의 이미지의 312개의 선폭치가 한번에, 또는 화면표시의 전환에 의해 표시된다.
그 후, 오퍼레이터는 SEM 시스템 (80) 에 의한 계측결과의 표시화면을 보고, 필요한 연산처리, 예를 들어 마크 Mj (j=1∼13) 각각의 제 1 라인패턴 요소 (PV) 의 이미지의 선폭치 (LWV) 의 24쇼트에서의 평균치 AVE(LWV)j (j=1∼13) 및 AVE(LWV)j (j=1∼13) 중의 최대치와 최소치의 차 ΔAVE(LWV) 등의 산출을, SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터에 지시한다. 마찬가지로, 오퍼레이터는 SEM 시스템 (80) 에 의한 계측결과의 표시화면을 보고, 예를 들어 마크 Mj (j=1∼13) 각각의 제 2 라인 패턴요소 (PH) 의 이미지의 선폭치 (LWH) 의 24쇼트에서의 평균치 AVE(LWH)j (j=1∼13) 및 AVE(LWH)j (j=1∼13) 중의 최대치와 최소치의 차 ΔAVE(LWH) 등의 산출을, SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터에 지시한다. 그리고 오퍼레이터는 앞의 평균치 AVE(LWV)j 와 평균치 AVE(LWH)j 의 차 Δ(LWV-H)j (j=1∼13) 의 산출도, SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터에 지시한다.
여기서, Δ(LWV -H)j 는 마크 (Mj) 의 제 1 라인패턴 요소 (PV) 의 이미지와 제 2 라인패턴 요소 (PH) 의 이미지와의 차 (V/H 차), 즉 선폭 편차 (사이즈의 편차) 이고, ΔAVE (LWV), ΔAVE (LWH) 는 제 1 라인패턴 요소, 제 2 라인패턴 요소의 이미지의 선폭 (사이즈) 의 면내 균일성의 지표치이다.
상기 오퍼레이터의 지시에 따라, SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터에 의해 AVE(LWV)j (j=1∼13), ΔAVE(LWV), AVE(LWH)j (j=1∼13), ΔAVE(LWH), Δ(LWV -H)j (j=1∼13) 가 산출되어, 이들 산출결과가 표시장치의 화면 상에 표시된다. 이 계측결과가 표시되면, 오퍼레이터는 그 표시화면을 보고, 그 계측결과의 정보를 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 에 송신하도록 SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터에 지시한다. 이것에 의해, SEM 시스템 (80) 의 메인컴퓨터로부터 상기 계측결과의 정보가 노광장치 (100) 에 보내지고, 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 는 상기 계측결과의 정보를 수신하여 메모리 내에 기억한다.
본 실시형태에서는, 디바이스패턴을 전사할 때에는 레티클 얼라인먼트 및 얼라인먼트계 (ALG) 의 베이스라인 계측 등의 준비작업 후 스텝 앤드 스캔 방식으로 레티클 (R) 상에 형성된 디바이스 패턴이 투영광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트영역에 각각 전사된다. 또, 이러한 일련의 동작은 통상의 스캐너와 마찬가지이므로 상세 설명에 관해서는 생략한다.
단, 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 는, 먼저 메모리 내에 기억한 상기 의 계측결과의 정보 AVE(LWV)j (j=1∼13), ΔAVE(LWV), AVE(LWH)j (j=1∼13), ΔAVE(LWH), 및 Δ(LWV -H)j (j=1∼13) 중 예를 들어 그 대응하는 허용범위를 넘는 적어도 하나의 정보에 기초하여 소정 연산프로그램에 따라 계산하고, 이 계산결과에 기초하여 결상특성 조정장치 (48) 를 통해 투영광학계 (PL) 를 구성하는 렌즈 (131∼134) 의 적어도 하나를 구동하여 투영광학계 (PL) 의 결상특성을 조정한다. 또, 주사노광 중에는 필요에 따라 웨이퍼 스테이지 (WST), 레티클 스테이지 (RST) 의 속도비를 미세 조정한다. 이러한 조정에 의해, 노광장치 (100) 에 의한 패턴의 전사특성이 요구되는 사양을 만족하는 레벨로 조정된다. 즉, 노광필드 (웨이퍼 (WT) 상에서의 1 회의 주사노광 범위이며, 상기 서술한 쇼트영역 (SAn 에 대응) 내의 다른 위치 (마크 (M1∼M13) 각각에 대응하는 그 형성위치) 에서의, 종횡선의 각 선폭, 종횡선의 선폭차 Δ(LWV -H)j=AVE(LWV)j-AVE(LWH)j 및 종횡선의 각 선폭의 면내 균일성 등이 모두 사양을 만족하는 노광장치의 조정이 실시된다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 노광장치의 패턴전사특성의 계측방법에 의하면, 계측용 레티클 (RT) 을 노광장치 (100) 에 탑재하여 노광하고 (도 4 의 단계 212 참조), 계측용 레티클 (RT) 에 형성된 패턴영역 (PA) 을 계측용 웨이퍼 (WT) 상에 전사하였을 때에 계측용 웨이퍼 (WT) 상에 형성된 계측용 마크 (MP1∼MP13) 의 제 1 전사 이미지 (도 6b 의 쇼트영역 (SA1∼SA24) 의 마크 (M1∼M13)) 의 화상이 SEM 시스템 (80) 에 의해 입력된다. 또, 계측용 레티클 (RT) 에 대한 웨이퍼 (WT) 의 각도가 상기 제 1 전사 이미지가 형성되었을 때부터 소정 각도 90°변화한 상태에서 노광하고 (단계 224 참조), 상기 패턴영역 (PA) 을 웨이퍼 (WT) 상에 전사하였을 때 계측용 웨이퍼 (WT) 상에 형성된 계측용 마크 (MP1∼MP13) 의 제 2 전사 이미지 (도 6b 의 쇼트영역 (SA25∼SA48) 의 마크 (M1∼M13)) 의 화상이 SEM 시스템 (80) 에 의해 입력된다. 그리고, SEM 시스템 (80) 에 의해, 입력된 상기 제 1 전사 이미지의 화상과 상기 제 2 전사 이미지의 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 각각 실시되고, 계측용 마크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 기준방향에 직교하는 계측방향 (도 6b 에서의 Y 방향) 에 관한 사이즈, 더욱 구체적으로는, 쇼트영역 (SA1∼SA24) 내부의 마크 (M1∼M13) 에 관한 상기 서술한 제 1 라인패턴 요소 (세로선 패턴 요소 ; PV) 의 이미지 (제 1 요소, 제 1 부분, 제 1 라인요소) 의 선폭치 및 쇼트영역 (SA25∼SA48) 내부의 마크 (M1∼M13) 에 관한 상기 서술한 제 2 라인패턴 요소 (가로선 패턴 요소 ; PH) 의 이미지 (제 2 요소, 제 2 부분, 제 2 라인요소) 의 선폭치가 계측된다.
즉, 본 실시형태에 의하면, 계측용 마크의 제 1 및 제 2 전사 이미지는, 예를 들어 SEM 시스템 (80) 에 의한 화상입력이 실질적으로 동일 조건에서 행해지도록 웨이퍼 (WT) 상에 각각 형성되기 때문에, SEM 시스템 (80) 에 의해 각각 입력된 제 1 및 제 2 전사 이미지의 화상에 대하여, 모두 회전을 가하지 않고 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되고, 계측용 마크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 계측방향의 사이즈가 계측된다. 그리고, 그 결과, 화상의 입력과 화상 처리의 조합에 기인하는 계측용 마크의 이미지의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있어, 결과적으로 노광장치 (100) 에 의한 패턴의 전사특성을 정확히 계측 (평가) 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, SEM 시스템 (80) 에 의해 오퍼레이터의 지시에 따라 마크 Mj (j=1∼13) 각각의 제 1 라인패턴 요소 (PV) 의 이미지의 선폭치 (LWV) 의 24쇼트에서의 평균치 AVE(LWV)j (j=1∼13), AVE(LWV)j (j=1∼13) 중의 최대치와 최소치와의 차 ΔAVE(LWV), 마크 Mj(j=1∼13) 각각의 제 2 라인패턴 요소 (PH) 의 이미지의 선폭치 (LWH) 의 24쇼트에서의 평균치 AVE(LWH)j(j=1∼13), AVE(LWH)j (j=1∼13) 중의 최대치와 최소치의 차 ΔAVE(LWH) 및 마크 Mj 의 제 1 라인패턴 요소 (PV) 의 이미지와 제 2 라인패턴 요소 (PV) 의 이미지와의 차 (V/H 차) Δ(LWV-H)j (j=1∼13) 등도 계산되어, 이 계산결과가 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 에 보내진다.
그리고, 상기 계측결과에 기초하여 상기 서술한 바와 같이 하여 노광장치 (100) 가 조정된다. 따라서, 노광장치 (100) 에 의한 패턴의 전사특성을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해져 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 전사 도중에서는 웨이퍼를 회전시키지 않고 소정 쇼트수만큼만 계측용 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 를 웨이퍼 상에 전사하여 그 웨이퍼를 현상한 후에, SEM 시스템 (80) 을 사용하여 그 현상 후의 웨이퍼 상의 레지스트 이미지 (마크; Mj) 의 사이즈계측을 할 때, 그 계측을 2회로 나누어 실시해도 된다. 이 경우, 일례로서 다음과 같은 순서로 계측이 실시된다.
1) 예를 들어, 웨이퍼가 기준방향을 향한 제 1 상태에서, SEM 시스템 (80) 에 의해 마크 (M1∼M13) 의 제 1 화상을 입력한다.
2) 다음에, 일단 웨이퍼를 시료실에서 꺼내어 상기 제 1 상태로부터 웨이퍼를 소정 각도 α (=90°) 회전시킨 상태에서 시료실 내에 반입한다. 그 상태 (제 2 상태) 에서, SEM 시스템 (80) 에 의해 마크 (M1∼M13) 의 제 2 화상을 입력한다.
3) 그리고, SEM 시스템 (80) 에 지시를 주고 제 1 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 실시하여, 마크 (Mj) 의 상기 기준방향에 직교하는 제 1 방향에 관한 제 1 사이즈 (즉, 마크 (Mj) 의 제 1 요소 (제 1 라인요소, 제 1 부분) 의 선폭) 를 계측한다.
4) 다음으로, SEM 시스템 (80) 에 지시를 주고 제 2 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 실시하여, 마크 (Mj) 의 제 1 방향에 대하여 각도 α(= 90°) 회전한 제 2 방향에 관한 제 2 사이즈 (즉, 마크 (Mj) 의 제 2 요소 (제 2 라인요소, 제 2 부분) 의 선폭) 를 계측한다.
이렇게 하면, 웨이퍼가 기준방향을 향한 제 1 상태에서, SEM 시스템 (80) 에 의해 입력된 마크 (Mj) 의 제 1 화상에 대해서는, 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되고, 마크 (Mj) 의 상기 기준방향에 직교하는 제 1 방향에 관한 제 1 사이즈가 계측되고, 또한 상기 제 1 상태로부터 웨이퍼를 소정 각도 α (= 90°) 회전시킨 제 2 상태에서, SEM 시스템 (80) 에 의해 입력된 마크 (Mj) 의 제 2 화상에 대해서는, 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되어, 마크 (Mj) 의 제 2 방향에 관한 제 2 사이즈가 계측된다. 즉, SEM 시스템 (80) 에 의한 화상 입력시의 웨이퍼 방향에 따라 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리가 실시되기 때문에, 화상의 입력과 화상 처리의 조합에 기인하는 마크의 사이즈 계측 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
또, SEM 시스템 (80) 에 있어서, 시료실 내에 넣은 웨이퍼를 계측 도중에 꺼내는 것은, 예를 들어 계측시간 등을 고려하면 현실적으로는 곤란한 경우가 대부분이다. 따라서, 이 계측 도중에 웨이퍼를 회전시키는 방법은, 특히 광학현미경 등의 다른 계측장치를 사용한 계측인 경우에 유효하다.
단, SEM 시스템 (80) 에 웨이퍼를 회전시키는 기구를 부착할 수 있다면, 상기 방법은 적용이 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 계측용 레티클 (RT) 상의 계측용 마크 (MPj) 를 구성하는 제 1 라인패턴 요소가 연장되는 방향에 대하여 각도 α= 90° 회전한 방향으로 제 2 라인패턴 요소가 연장되는 경우에 대하여 설명하였지만, 상기 각도 α는 0°<α<180°의 범위의 각도이면 어떠한 각도이든 된다. 즉, 제 1 라인패턴 요소와 제 2 라인패턴 요소를 포함하여 계측용 마크를 구성하는 경우에는, 제 1 라인패턴 요소와 제 2 라인패턴 요소는 다른 방향으로 연장되어 있으면 된다. 단, 각도 α를 90° 이외의 각도로 하는 경우에는, 상기 서술한 단계 218 대신에 웨이퍼홀더를 각도 α 회전시키는 단계의 처리를 하고, 회전 후의 계측용 웨이퍼 (WT) 의 중심과 노치를 잇는 선분의 방향을 계측용 레티클 상의 제 2 라인패턴 요소가 연장되는 방향에 일치시킬 필요가 있다. 이 때, 회전 전의 웨이퍼 (WT) 는 그 중심과 노치를 잇는 선분의 방향이, 제 1 라인패턴 요소가 연장되는 방향과 일치하도록 설정되어 있다.
또, 상기 서술한 쇼트영역 (SA1∼SA24) 에서는 적어도 마크 (Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 일방은 계측방향 (또는 연장설치방향, 주기방향 등) 이 전사특성을 계측해야 할 다른 2 방향 (제 1 및 제 2 방향, 통상은 X, Y 방향) 중 일방과 실질적으로 일치하고, 상기 서술한 쇼트영역 (SA25∼SA48) 에서는 적어도 제 1 및 제 2 요소 중 타방은 계측방향이 그 다른 2 방향의 타방과 실질적으로 일치하도록 쇼트영역 (SA1∼SA24) 에 대한 제 1 노광과, 쇼트영역 (SA25∼SA48) 에 대한 제 2 노광에 의해 웨이퍼 (WT) 상에 마크 (Mj) 가 형성된다. 이 때, 레티클 (RT) 상에서 계측용 마크 (MPj) 의 제 1 및 제 2 마크 요소 (세로선 패턴 요소 PV 및 가로선 패턴 요소 PH) 는 그 계측방향 (또 연장설치방향, 주기방향 등) 의 교차각이 상기 서술한 다른 2 방향의 교차각과 거의 동등해지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 계측용 마크 (MPj) 의 제 1 및 제 2 마크 요소의 계측방향을 각각 다른 2 방향과 거의 일치시켜 제 1 및 제 2 노광을 실시함으로써, 제 1 노광과 제 2 노광에서 웨이퍼 (WT) 의 회전방향의 위치 (회전각) 를 제외하고 계측용 마크 (MPj) 를 포함하는 노광장치에 의한 그 전사조건을 동일하게 설정할 수 있어, 계측용 마크 (MPj) 의 전사 이미지인 웨이퍼 (WT) 상의 마크 (Mj) 의 다른 2 방향에 관한 선폭 (사이즈) 을 각각 정밀도 좋게 계측하는 것이 가능해진다. 또, 레티클 (RT) 상의 계측용 마크 (MPj) 의 제 1 및 제 2 마크 요소는 반드시 그 계측방향의 교차각이 다른 2 방향의 교차각과 일치하지 않아도 된다. 이 경우, 상기 서술한 제 1 노광에서는 제 1 및 제 2 마크 요소의 일방에서만 그 계측방향을 다른 2 방향의 일방과 거의 일치시키고, 상기 서술한 제 2 노광에서는 제 1 및 제 2 마크 요소의 타방에서만 그 계측방향을 다른 2 방향의 타방과 거의 일치시키면 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 상기 서술한 제 1 노광에 의해 형성되는 마크 (제 1 마크 ; Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 일방과, 상기 서술한 제 2 노광에 의해 형성되는 마크 (제 2 마크 ; Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 타방에서 그 계측방향이 거의 일치하는, 즉 웨이퍼 (WT) 상에서 제 1 마크 (Mj) 와 제 2 마크 (Mj) 가 전사특성을 계측해야 할 다른 2 방향의 교차각과 거의 동일 각도만큼 회전하도록, 웨이퍼 (WT) 를 다른 2 방향의 교차각과 거의 동일 각도만큼 회전시키는 것으로 하고 있다. 그러나, 상기 서술한 제 1 노광에서 계측용 마크 (MPj) 의 제 1 및 제 2 마크 요소 중 일방이 다른 2 방향의 일방, 및 상기 서술한 제 2 노광에서 그 제 1 및 제 2 마크 요소 중 타방이 다른 2 방향의 타방과 거의 일치하고 있다면, 웨이퍼 (WT) 의 회전각을 다른 2 방향의 교차각과 일치시키지 않아도 된다. 이 때, 제 1 마크 (Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 일방의 계측방향과 제 2 마크 (Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 타방의 계측방향과의 회전각 (회전오차) 이 SEM 시스템 (80) 에서 회전방향에 관한 허용치를 초과하는 경우에는, SEM 시스템 (80) 으로 웨이퍼 (WT) 를 회전시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시형태에서는, 계측용 레티클 (RT) 상의 계측용 마크 (MPj) 가 제 1 라인패턴 요소와 제 2 라인패턴 요소로 이루어지고, 그 계측용 마크 (MPj) 의 웨이퍼 (WT) 상의 전사 이미지인 마크 (Mj) 가 제 1 라인패턴 요소의 이미지인 제 1 요소 (제 1 부분, 제 1 라인요소) 와 제 2 라인패턴 요소의 이미지인 제 2 요소 (제 2 부분, 제 2 라인요소) 로 이루어지는 경우에 대하여 설명하였지만, 사이즈계측의 대상이 되는 마크는 라인패턴이 조합에 한하지 않고, 프레임형 마크나 다각형 상 마크 (예를 들어 모두 사각형상) 등이어도 되고, 마크 (Mj) 의 제 1 요소와 제 2 요소가 접속, 교차 또는 부분적으로 중첩되어 있어도 된다. 또, 그 마크는 고립패턴에 한정되는 것은 아니고, 밀집패턴 (예를 들어 라인 앤드 스페이스 패턴 등의 주기패턴) 등이어도 된다. 중요한 것은, 교차하는 2 방향에 관한 사이즈의 계측이 가능한 형상이면 된다.
또, 웨이퍼 (WT) 상의 마크 (Mj ; 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 의 요소로서, 예를 들어 직사각형상 (사각형상) 마크를 사용할 때, 마크 (Mj) 가 1개의 직사각형상 마크만으로 이루어지는 것이라 해도, 상기 서술한 다른 2 방향에 관한 마크 (Mj) 의 선폭 (사이즈) 을 각각 계측 가능하기 때문에, 마크 (Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 (계측용 마크 (MPj) 의 제 1 및 제 2 마크 요소) 는 동일한 요소 (직사각형상 마크 등) 로 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 X, Y 방향에 관한 마크 (Mj) 의 선폭 (사이즈) 을 계측하는 것으로 하였지만, 선폭의 계측방향은 X, Y 방향과 적어도 일방이 다른 2 방향이어도 되고, 2개가 아니라 3개 이상, 예를 들어 X, Y 방향을 45° 회전시킨 2 방향과의 합계 4방향이어도 상관없다. 이 때, 선폭 계측에 사용되는 웨이퍼 (WT) 상의 마크 (Mj ; 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj)) 의 요소수는 2개가 아니라 4개 (단, 직사각형상 마크 등에서는 2개) 가 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 계측장치로서 SEM 시스템을 사용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다. 본 발명은, 전자선 이외의 하전 입자선을 측정대상에 대하여 주사하여 계측하는, 하전 입자선 주사형의 계측장치는 물론, 광학현미경 등의 다른 계측장치 등이어도 된다. 또, 계측장치는 화상 처리 방식에 한정되는 것은 아니며 다른 방식이어도 상관없다. 그리고, 예를 들어 X, Y 방향에서 각각 독립적으로 선폭 등을 계측 가능한 경우, 특히 X 방향과 Y 방향에서 계측 방식이나 구성 등이 다른 계측장치를 사용하는 경우에 본 발명은 특히 유효하다.
또, 상기 실시형태에서는, 계측용 마크 (MPj) 의 제 1 전사 이미지를 웨이퍼 (WT) 상에 형성하기 위한 제 1 전사공정 (단계 212) 후에 웨이퍼홀더를 회전시키고 (단계 218), 그 후에 계측용 마크 (MPj) 의 제 2 전사 이미지를 그 웨이퍼 (WT) 상의 다른 위치에 형성하는 제 2 전사공정 (단계 224) 을 실시하고, 그 후에 그 계측용 웨이퍼 상의 전사 이미지를 SEM 으로 계측하는 것으로 하였지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 웨이퍼홀더를 회전시키는 대신에, 레티클 스테이지 (RST) 상에 회전 가능한 레티클홀더를 형성하여 이것을 회전시키도록 해도 되며, 웨이퍼홀더, 레티클홀더의 쌍방을 회전시키도록 해도 된다.
또한, 홀더 그 자체를 회전시키는 대신에, 웨이퍼 등을 유지하여 상하로 움직일 수 있는 지지부재 (예를 들어 반송계 (로더) 와 홀더 사이에서 웨이퍼 등을 주고 받는 센터 업 핀 등) 를 회전가능하게 해도 되고, 지지부재를 회전시키는 대신에, 또는 그것과 조합하여 로더 또는 전용기구 등을 이용한 교체적재에 의해 웨 이퍼 등을 회전시키도록 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 제 1 노광에 의해 형성되는 쇼트영역 (SA1∼SA24) 과 제 2 노광에 의해 형성되는 쇼트영역 (SA25∼SA48) 을, 도 6b 에서는 웨이퍼 (WT) 상에서 좌우 영역으로 나누어 배치하는 것으로 하였지만, 웨이퍼 (WT) 의 표면에 도포되는 레지스트의 도포 얼룩 (레지스트 막두께의 불균일성) 등에 기인하여 선폭 계측 정밀도가 저하되는 것을 생각할 수 있다. 그래서, 예를 들어 제 1 노광에 의해 형성되는 쇼트영역과, 제 2 노광에 의해 형성되는 쇼트영역을 웨이퍼 상에서 교대로 배치함으로써 도포 얼룩 등에 기인하는 계측 정밀도의 저하를 저감시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 실시형태에서는 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 가 전사되는 복수의 쇼트영역을 웨이퍼 (WT) 상에서 서로 겹치지 않도록 배치하는 것으로 하였지만, 선폭 계측의 대상이 되는 상기 서술한 제 1 노광에 의해 형성되는 제 1 마크 (Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 일방과, 상기 서술한 제 2 노광에 의해 형성되는 제 2 마크 (Mj) 의 제 1 및 제 2 요소 중 타방이 겹치지 않으면, 웨이퍼 상에서 복수의 쇼트영역을 부분적으로 겹치도록 배치해도 된다. 또, 상기 실시형태에서는 제 1 및 제 2 노광으로 각각 복수의 쇼트영역에 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 의 전사 이미지를 형성하는 것으로 하였지만, 그 쇼트수는 복수가 아니라 하나이어도 되며, 제 1 노광과 제 2 노광을 같은 수로 하지 않아도 된다. 또, 상기 서술한 전사특성의 계측에 사용하는 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 의 제 1 마크 요소와 제 2 마크 요소는, 그 배치방향 (계측방향) 을 제외하고 동일 구성, 또한 그 전사 조건도 동일하게 하였지만, 그 구성과 전사조건 중 적어도 일방을 다르게 해도 된다. 또한, 계측 전용 레티클 (RT) 을 사용하는 대신, 디바이스 제조에서 사용되는 레티클에 상기 서술한 계측용 마크 (MPj) 를 형성하여 사용해도 된다. 그리고, 상기 서술한 쇼트영역 (SAn) 마다 복수의 계측용 마크 (MPj) 의 전사 이미지를 형성하는 것으로 하였지만, 그 배치 (쇼트영역 내에서의 위치) 는 이것에 한정되는 것은 아니며 임의이어도 되고, 그 수도 복수가 아니라 하나이어도 된다. 또한, 계측 전용 또는 디바이스 제조용 레티클뿐만 아니라, 예를 들어 레티클 스테이지 (RST) 에 형성되는 기준마크를 계측용 마크 (MPj) 로서 사용하도록 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 노광장치의 전사특성으로서 V/H 차나 면내 균일성을 구하는 것으로 하였지만, 전사특성은 이들에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 투영광학계 (PL) 의 결상특성 (코마수차, 비점수차 등의 여러 가지 수차) 이나 주사노광에서의 동기 정밀도 (동기오차) 등이어도 된다. 그리고, 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 의 마크 요소로서 라인 앤드 스페이스 패턴 등의 주기패턴을 사용하여 그 전사 이미지의 복수의 이미지 각각에서 선폭을 계측함으로써, 예를 들어 그 선폭의 최대치와 최소치의 차를 선폭 편차로서 구해도 된다. 또한, 웨이퍼 상에 이미 형성되어 있는 마크에 대하여 레티클 (RT) 의 계측용 마크 (MPj) 를 중첩 하여 전사하여, 예를 들어 그 2개의 마크의 상대위치 (간격 등) 를 계측함으로써, 중첩 정밀도 (토탈 오버레이) 를 전사특성으로서 구해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 주사노광에 의해 계측용 마크 (MPj) 의 전사 이미지를 웨이퍼 상에 형성하여 그 전사 이미지의 사이즈를 계측함으로써 그 전사 이미지의 형성에 사용한 주사형 노광장치 (노광장치 (100)) 의 제특성 (다이나믹한 결상특성 등) 을 구하는 것으로 하였지만, 노광장치 (100) 에서 계측용 마크 (MPj) 가 형성된 계측용 레티클 (RT) (및 이것을 유지하는 레티클 스테이지 (RST)) 와 웨이퍼 (및 이것을 유지하는 웨이퍼 스테이지 (WST)) 를 거의 정지시킨 상태에서 노광하여, 계측용 마크 (MPj) 의 전사 이미지를 웨이퍼 상에 형성하여 그 전사 이미지의 사이즈를 계측함으로써 상기 실시형태와 동일하게 하여 노광장치 (100) 의 제특성 (스태틱한 결상특성 등) 을 구하도록 해도 된다.
그리고 상기 실시형태에서는, 상기 서술한 전사특성에 기초하여 투영광학계 (PL) 의 적어도 1개의 광학소자 (렌즈 엘리먼트) 를 이동시켜 그 결상특성을 조정하는 것으로 하였지만, 상기 서술한 결상특성 조정장치 (48) 로는 광학소자를 이동시키는 것에 한정되는 것은 아니며, 광학소자를 이동시키는 대신에, 또는 그것과 조합하여 예를 들어 조명광의 중심파장이나 광학소자의 온도를 변화시키거나 또는 복수의 광학소자 사이의 기밀 공간 내의 기체의 압력 등을 변화시킴으로써 투영광학계의 굴절률을 변화시켜도 된다. 그리고, 투영광학계의 결상특성을 조정하기 위하여, 예를 들어 투영광학계의 전체 또는 그 일부 (광학소자단위, 경통단위 등) 를 교환하거나, 또는 투영광학계의 적어도 하나의 광학소자를 꺼내어 그 재가공을 하도록 해도 된다. 또, 투영광학계의 조정에서는 광학소자의 위치 (다른 광학소자와의 간격을 포함함) 나 경사 등을 변경하기만 하면 되고, 특히 광학소자가 렌즈 엘리먼트일 때에는 그 편심을 변경하거나 또는 광축을 중심으로 하여 회전시켜도 된다. 그리고, 상기 서술한 전사특성으로서 투영광학계의 결상특성을 구할 때에는, 예를 들어 국제공개 WO03/065428호 팜플렛 등에 개시된 바와 같이, 그 결상특성과 이미 알려진 투영광학계 (PL) 단체의 파면수차 (단체는 면수차) 에 기초하여 투영광학계의 파면수차를 추정하여, 이 파면수차 및 제르니케 감도표 (Zernike Sensitivity), 그리고 파면수차 변화표 (각 광학소자의 단위구동량당 파면수차를 전개한 프린지 제르니케 다항식의 각 항의 계수의 변화량과의 관계를 나타내는 변화표) 등을 사용하여 소정의 메리트함수를 푸는 것에 의해 결상특성을 최적화하는 광학소자의 구동량을 구하여, 결상특성의 조정을 실시하도록 해도 된다. 또, 결상특성의 계측결과로부터 파면수차를 추정하는 경우에는, 예를 들어 상기 국제공개 팜플렛에 개시된 바와 같이, 기준이 되는 노광조건 하에서의 결상특성과 계측한 결상특성의 차가, 제르니케 감도표와 파면수차 변화표와 조정량의 보정량 (단체파면 수차와 온바디 (on body) 의 파면수차의 어긋남이 조정용 광학소자의 조정량의 어긋남에 대응한다고 가정한 경우의 조정량의 어긋남) 의 곱에 일치한다는 관계식을 사용하여 파면수차의 보정량을 구하고, 그 보정량과 단체파면 수차에 기초하여 파면수차를 산출하는 것이다.
또, 상기 실시형태에서의 전사특성의 계측 (및 노광장치의 조정) 은 노광장 치의 메인터넌스시에 실시해도 되고, 클린 룸에 노광장치를 반입하여 그 개시시에 실시해도 되며, 그 실시시기 (타이밍) 는 임의이더라도 상관없다.
또, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼에 대한 패턴의 전사 이후의 처리는 오퍼레이터에 의한 매뉴얼 작업을 포함하는 경우에 대하여 설명하였지만, 노광장치 (100) 와 SEM 시스템 (80) 을, 내부에 웨이퍼 반송계를 내장한 인라인 인터페이스부를 통하여 접속하고, 이들 노광장치 (100), SEM 시스템 (80) 및 인라인 인터페이스부 전부를 통괄적으로 제어하는 호스트 컴퓨터를 형성하는 것으로 해도 된다. 이 경우에는, 그 호스트 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램에 의해, 상기 서술한 계측용 레티클 (RT) 의 패턴의 계측용 웨이퍼에 대한 전사, 그 전사 후의 계측용 웨이퍼의 현상, 인라인 인터페이스부를 통한 그 현상 완료된 계측용 웨이퍼의 SEM 시스템 (80) 에 대한 반송, SEM 시스템 (80) 에 의한 계측, 그 계측결과에 기초한, 노광장치 (100) 의 패턴 전사특성 조정 전부를 전자동으로 실시하도록 해도 된다. 또는, 그 반대로 모두를 오퍼레이터에 의한 매뉴얼 작업으로 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는 노광장치 (100) 의 주제어장치 (50) 가 C/D 를 제어하는 것으로 하였지만 이것에 한정되지 않으며, 예를 들어 디바이스 제조공정을 관리하는 호스트 컴퓨터 등에 의해 노광장치 (100), C/D 및 SEM 시스템을 통괄제어해도 되고, 노광장치 (100) 와 SEM 시스템이 통신로 (유선 또는 무선) 를 통하여 접속되어 있지 않아도 된다. 즉, 노광장치 (100), C/D 및 SEM 시스템 각각의 구성 (통신로를 포함) 은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
또 상기 실시형태에서는, 패턴의 전사특성이 계측되는 노광장치가 스캐너인 경우를 설명하였지만, 본 발명의 전사특성 계측방법은 스캐너에 한정되지 않고 스테퍼 등의 정지형 노광장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
또, 노광장치의 노광대상인 물체는 상기 실시형태와 같이 반도체제조용 웨이퍼에 한정되는 일없이, 예를 들어 액정표시소자, 플라즈마 디스플레이나 유기 EL 등의 디스플레이장치 제조용의 사각형 유리플레이트나 박막자기헤드, 촬상소자 (CCD 등), 마스크 또는 레티클 등을 제조하기 위한 기판이어도 된다.
또, 상기 실시형태의 노광장치에서의 투영광학계의 배율은 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계 어느 것이든 되고, 투영광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라 반사계 및 반사굴절계 어느 것이든 되며, 그 투영 이미지는 도립상 및 정립상 어느 것이든 된다.
또, 조명광 (IL) 은 ArF 엑시머레이저광 (파장 193㎚), KrF 엑시머레이저광 (파장 248㎜) 이나, F2 레이저광 (파장 157㎚) 등이어도 된다. 투영광학계로는, KrF 엑시머레이저광, ArF 엑시머레이저광 등의 원자외선을 사용하는 경우에는 초재 (硝材) 로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료를 사용하고, F2 레이저광 등을 사용하는 경우에는 형석, 그 외의 불화물 결정을 사용할 필요가 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 노광장치의 조명광 (IL) 으로는 파장 100㎚ 이상인 광에 한하지 않고, 파장 100㎚ 미만인 광을 사용해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 최근 70㎚ 이하의 패턴을 노광하기 위하여, SOR 이나 플라즈마레이저를 광원으로 하여 연 (軟) X선 영역 (예를 들어 5∼15㎚ 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 발생시킴과 함께, 그 노광파장 (예를 들어 13.5㎚) 하에서 설계된 전반사 축소광학계, 및 반사형 마스크를 사용한 EUV 노광장치의 개발이 이루어지고 있다. 이 장치에서는, 원호조명을 사용하여 마스크와 웨이퍼를 동기 주사하여 스캔 노광하는 구성을 생각할 수 있기 때문에, 이러한 장치도 본 발명의 전사특성 계측방법에 의해 패턴의 전사특성을 계측할 수 있다. 그리고, 예를 들어 국제공개 WO99/49504호 팜플렛 등에 개시되는 투영광학계 (PL) 과 웨이퍼 사이에 액체 (예를 들어 순수 (純水) 등) 가 채워지는 액침형 노광장치, 또는 스텝 앤드 스티치 방식의 노광장치, 또는 프록시미티 방식의 노광장치 등도, 본 발명의 전사특성 계측방법에 의해 패턴의 전사특성을 계측할 수 있다.
또, 예를 들어 투영광학계 (PL) 의 물체면 상에서의 조명광의 강도분포를 가변으로 하는 가변 성형 마스크를 사용하는 마스크리스 노광장치 등에도 본 발명을 적용하여 마찬가지로 그 특성을 구할 수 있다.
또한, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광장치도, 본 발명의 전사특성 계측방법에 의해 패턴의 전사특성을 계측할 수 있다. 또, 전자선 노광장치는 펜슬 빔 방식, 가변 성형 빔 방식, 셀 프로젝션 방식, 블랭킹 어퍼처 어레이 방식, 및 마스크 투영 방식 어느 것이든 된다.
또, 반도체 디바이스는 디바이스의 기능·성능 설계를 하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제작하는 단계, 규소재료로 웨이퍼를 제작하는 단계, 상기 서술한 조정방법에 의해 패턴의 전사특성이 조정되는 상기 실시형태의 노광장치에 의해, 마스크에 형성된 패턴을 감광물체 상에 전사하는 리소그래피 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서 패턴의 전사특성이 조정되는 상기 실시형태의 노광장치가 사용되기 때문에, 고집적도의 디바이스를 수율 좋게 제조할 수 있다.
산업상이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 계측방법은 물체 상에 형성된 마크의 사이즈 정보를 계측하기에 적합하다. 또한 본 발명의 전사특성 계측방법은, 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 계측하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광장치의 조정방법은 노광장치의 조정에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조방법은 디바이스의 제조에 적합하다.
Claims (39)
- 물체 상에 형성된 마크의 적어도 2 방향에 관한 사이즈의 정보를 계측하는 계측방법으로서,상기 물체가 기준방향으로 설정된 제 1 상태에서, 계측장치에 의해 상기 마크의 제 1 화상을 입력하는 제 1 화상 입력 공정 ;상기 제 1 상태로부터 상기 마크의 적어도 일부가 소정 각도 α(0°<α<180°) 회전한 제 2 상태에서, 상기 계측장치에 의해 상기 마크의 제 2 화상을 입력하는 제 2 화상 입력 공정 ;상기 제 1 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 실시하여, 상기 마크의 상기 기준방향에 직교하는 제 1 방향에 관한 제 1 사이즈를 계측하는 제 1 계측 공정 ; 및상기 제 2 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 실시하여, 상기 마크의 상기 제 1 방향에 대하여 상기 각도 α 회전한 제 2 방향에 관한 제 2 사이즈를 계측하는 제 2 계측 공정을 포함하는 계측방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 물체 상에는 상기 마크가 복수의 다른 위치에 배치되고,상기 제 1, 제 2 화상 입력 공정에서는, 복수의 마크의 화상이 각각 입력되고,상기 제 1, 제 2 계측 공정에서는, 상기 복수의 마크 각각에 대하여 상기 제 1 사이즈, 제 2 사이즈가 계측되는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마크는 상기 기준방향으로 연장되는 제 1 라인요소와, 상기 기준방향에 대하여 상기 각도 α 회전한 방향으로 연장되는 제 2 라인요소를 포함하고,상기 마크의 제 1 사이즈는 상기 제 1 라인요소의 폭방향의 사이즈이고, 상기 마크의 제 2 사이즈는 상기 제 2 라인요소의 폭방향의 사이즈인 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마크는 상기 물체 상에서 상기 사이즈의 계측방향이 상기 소정 각도 α로 교차하도록 배치되는 제 1 및 제 2 요소를 포함하고, 상기 마크의 제 1 사이즈로서 상기 제 1 방향에 관한 상기 제 1 요소의 사이즈를 계측하기 위하여, 상기 제 1 상태에서는 계측방향이 상기 기준방향과 직교하는 상기 제 1 요소의 화상을 적어도 상기 제 1 화상으로서 입력함과 함께, 상기 마크의 제 2 사이즈로서 상기 제 2 방향에 관한 상기 제 2 요소의 사이즈를 계측하기 위하여, 상기 제 2 상태에서는 계측방향이 상기 기준방향과 직교하는 상기 제 2 요소의 화상을 적어도 상기 제 2 화상으로서 입력하는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 물체는 상기 계측장치 내에서 상기 제 1 요소의 계측방향이 상기 기준방향과 직교하도록 배치되어 상기 제 1 화상이 입력된 후, 상기 소정 각도 α만큼 회전되어 상기 제 2 화상이 입력되는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 마크는 상기 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 하나 이상의 제 1 마크와, 상기 제 1 마크에 대하여 상기 제 1 및 제 2 요소가 상기 소정 각도 α만큼 회전하고 있는 하나 이상의 제 2 마크를 포함하고, 상기 제 1 상태에서의 상기 제 1 마크의 적어도 제 1 요소의 화상 입력과, 상기 제 2 상태에서의 상기 제 2 마크의 적어도 제 2 요소의 화상 입력이, 상기 물체를 회전시키지 않고 이루어지는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 마크는 각각 상기 물체의 회전방향의 위치를 제외하고 동일 조건으로 상기 물체에 형성되는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 각도 α는 90°인 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마크는 노광장치에 의해 상기 물체 상에 전사된 소정의 계측용 마크의 전사 이미지인 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 마크는 상기 노광장치의 1 회의 노광동작에 의해 상기 물체 상의 동일 영역 내의 다른 위치에 각각 형성되고, 상기 각 위치에서 계측되는 마크 사이즈에 기초하여 상기 노광장치의 다른 방향에 관한 전사특성이 각각 구해지는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 마크는 상기 노광장치의 복수의 노광동작에 의해 상기 물체 상의 다른 영역에 각각 형성되고, 상기 다른 영역에서 계측되는 마크 사이즈에 기초하여 상기 노광장치의 다른 방향에 관한 전사특성이 각각 구해지는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 마크는 상기 노광장치에 의한 적어도 1 회의 제 1 노광과, 상기 제 1 노광과 상기 물체의 회전각이 상기 소정 각도 α만큼 다른 적어도 1 회의 제 2 노광에 의하여 상기 물체 상의 다른 영역에 각각 형성되고, 상기 제 1 노광에 의해 형성되는 마크의 적어도 일부가 상기 제 1 화상으로서 입력되고, 상기 제 2 노광에 의해 형성되는 마크의 적어도 일부가 상기 제 2 화상으로서 입력되는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 노광에서는 상기 계측용 마크를 포함하는 상기 노광장치에 의한 전사조건이 동일하게 설정되고, 상기 제 1 노광에 의해 형성되는 마크의 제 1 부분이 적어도 상기 제 1 화상으로서 입력되고, 상기 제 2 노광에 의해 형성되는 마크의 상기 제 1 부분과 다른 제 2 부분이 적어도 상기 제 2 화상으로서 입력되는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 부분은 그 구성이 동일하고, 상기 제 1 및 제 2 노광은 그 회수가 동일한 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 노광은 각각 복수 회씩 실시되고, 상기 물체 상에서 상기 제 1 노광에 의해 마크가 형성되는 복수의 제 1 영역과, 상기 제 2 노광에 의해 마크가 형성되는 복수의 제 2 영역은 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 계측장치는 하전입자선 주사형 계측장치인 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치의 다른 2 방향에 관한 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서,상기 노광장치를 사용하여, 상기 2 방향의 전사특성의 계측에 사용되는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크를 물체 상에 형성하는 전사공정 ;상기 물체를 계측장치 내에서 기준방향으로 설정하여 상기 제 1 및 제 2 요소 중 일방을 포함하는 상기 마크의 적어도 일부의 제 1 화상을 입력함과 함께, 상기 제 1 화상의 입력시와 회전각이 상기 2 방향의 교차각과 동일 각도 α (0°<α<180°) 만큼 다른 상기 제 1 및 제 2 요소 중 타방을 포함하는 상기 마크의 적어도 일부의 제 2 화상을 입력하는 화상 입력 공정 ; 및상기 제 1 및 제 2 화상을 각각 처리하여 상기 마크의 상기 2 방향에 관한 제 1 및 제 2 사이즈를 각각 계측하는 계측 공정을 포함하는 전사특성 계측방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 계측장치에 의한 상기 제 1 화상의 입력후에 상기 물체를 상기 각도 α만큼 회전시켜 상기 제 2 화상을 입력하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 전사공정에서는 상기 노광장치에 의한 적어도 1 회의 제 1 노광과, 상기 제 1 노광과 상기 물체의 회전각이 상기 각도 α만큼 다른 적어도 1 회의 제 2 노광에 의하여 상기 물체 상의 다른 영역에 상기 마크가 각각 형성되고, 상기 화상 입력 공정에서는, 상기 제 1 노광에 의해 형성되는 제 1 마크의 적어도 상기 제 1 및 제 2 요소 중 일방을 상기 제 1 화상으로서 입력한 후, 상기 물체를 회전시키지 않고 상기 제 2 노광에 의해 형성되는 제 2 마크의 적어도 상기 제 1 및 제 2 요소 중 타방을 상기 제 2 화상으로서 입력하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 노광에서는 소정의 계측용 마크를 포함하는 상기 노광장치에 의한 전사조건이 동일하게 설정됨과 함께, 상기 제 1 및 제 2 마크 모두 상기 제 1 및 제 2 요소는 그 구성이 동일한 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 노광은 각각 복수 회씩 실시되고, 복수의 상기 제 1 마크의 화상 처리로부터 얻어지는 일방의 마크의 사이즈를 상기 2 방향의 일방에 관한 제 1 사이즈로 하고, 복수의 상기 제 2 마크의 화상 처리로부터 얻어지는 타방의 마크의 사이즈를 상기 2 방향의 타방에 관한 제 2 사이즈로 하여 결정하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서,소정의 계측용 마크가 하나 이상 형성된 패턴영역을 갖는 계측 마스크를 상기 노광장치에 탑재하고 노광하여 상기 패턴영역을 상기 물체 상에 전사하는 제 1 전사공정 ;상기 계측 마스크 및 상기 물체의 적어도 일방을 회전시켜, 상기 계측 마스크에 대한 상기 물체의 각도가 상기 제 1 전사공정으로부터 소정 각도 α(0°<α<180°) 변화한 상태에서 상기 패턴영역을 상기 물체 상에 전사하는 제 2 전사공정 ;상기 물체가 기준방향으로 설정된 상태에서, 상기 제 1 전사공정에서 상기 물체 상에 형성된 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지와, 상기 제 2 전사공정에서 상기 물체 상에 형성된 상기 계측용 마크의 제 2 전사 이미지의 화상을, 계측장치에 의해 각각 입력하는 화상 입력 공정 ; 및입력된 상기 제 1 전사 이미지의 화상과 제 2 전사 이미지의 화상에 대하여 에지 검출 처리를 수반하는 화상 처리를 각각 실시하고, 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 상기 기준방향에 대응하는 방향에 직교하는 계측방향에 관한 사이즈를 적어도 계측하는 계측 공정을 포함하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측 공정에서는 상기 제 1 전사공정에서 형성되는 상기 계측용 마크의 전사 이미지의 일부를 상기 제 1 전사 이미지로 하고, 또한 상기 제 2 전사공정에서 형성되는 상기 계측용 마크의 전사 이미지에서 상기 제 1 전사 이미지와 다른 그 일부를 상기 제 2 전사 이미지로 하여 상기 계측방향에 관한 사이즈를 각각 계측하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측용 마크는 서로 다른 제 1 및 제 2 마크 요소를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전사공정 중 일방에서 형성되는 상기 제 1 및 제 2 마크 요소의 전사 이미지의 일방과, 타방의 전사공정에서 형성되는 상기 제 1 및 제 2 마크 요소의 전사 이미지의 타방이 상기 물체 상에서 겹쳐지지 않도록, 상기 제 1 전사공정과 상기 제 2 전사공정에서 상기 물체 상에서의 상기 계측용 마크의 전사영역의 적어도 일부를 다르게 하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측용 마크는 서로 다른 제 1 및 제 2 마크 요소를 포함하고, 상기 계측 공정에서는, 상기 제 1 전사공정에서 형성되는 상기 제 1 및 제 2 마크 요소 중 일방의 전사 이미지를 상기 제 1 전사 이미지로 하고, 또한 상기 제 2 전사공정에서 형성되는 상기 제 1 및 제 2 마크 요소 중 타방의 전사 이미지를 상기 제 2 전사 이미지로 하여 상기 계측방향에 관한 사이즈를 각각 계측하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측의 결과에 기초하여, 상기 노광장치의 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향에 관한 상기 계측용 마크의 전사 이미지의 사이즈를 각각 결정하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 제 1 전사공정, 제 2 전사공정에서는 상기 패턴영역이 상기 물체 상의 다른 복수 개소에 각각 전사되고,상기 화상 입력 공정에서는 상기 제 1 전사공정에서 상기 물체 상의 다른 복수 개소에 각각 전사된 상기 계측용 마크의 복수의 제 1 전사 이미지와, 상기 제 2 전사공정에서 상기 물체 상의 다른 복수 개소에 각각 전사된 상기 계측용 마크의 복수의 제 2 전사 이미지의 화상이 입력되고,상기 계측 공정에서는 상기 복수의 제 1 전사 이미지 및 상기 복수의 제 2 전사 이미지 각각에서 상기 화상 처리를 실시하고, 상기 제 1 및 제 2 전사 이미지 각각에서 상기 계측방향에 관한 사이즈를 결정하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측용 마크는 서로 다른 제 1 및 제 2 마크 요소를 포함하고, 상기 계측 공정에서는 상기 제 1 전사공정에서 형성되는 상기 제 1 및 제 2 마크 요소 중 일방의 전사 이미지를 상기 제 1 전사 이미지로 하고, 또한 상기 제 2 전사공정에서 형성되는 상기 제 1 및 제 2 마크 요소 중 타방의 전사 이미지를 상기 제 2 전사 이미지로 하여 상기 계측방향에 관한 사이즈를 각각 계측하고, 그 계측결과에 기초하여 상기 사이즈의 격차를 구하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측 마스크상에는 상기 계측용 마크가, 상기 패턴영역 내의 다른 위치에 복수 형성되고,상기 화상 입력 공정에서는 상기 제 1 전사공정에서 상기 물체 상에 형성된 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지와, 상기 제 2 전사공정에서 상기 물체 상에 형성된 상기 계측용 마크의 제 2 전사 이미지의 화상 입력이, 복수의 상기 계측용 마크 각각에 대하여 실시되고,상기 계측 공정에서는 복수의 상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지 및 제 2 전사 이미지 각각의 상기 계측방향에 관한 사이즈에 기초하여, 상기 제 1 전사 이미지, 제 2 전사 이미지 각각의 상기 계측방향에 관한 사이즈의 면내 균일성을 추가로 계측하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 전사공정에서는 상기 계측용 마크를 포함하는 상기 노광장치에 의한 전사조건이 동일하게 설정됨과 함께, 상기 계측용 마크는 상기 노광장치의 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향에 관한 전사특성을 각각 계측하기 위하여 그 구성이 동일한 제 1 및 제 2 마크 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측용 마크는 상기 패턴영역 내의 다른 복수 위치에 각각 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 전사공정에서는 상기 패턴영역의 전사가 복수 회씩 실시됨과 함께, 상기 계측 공정에서는 상기 물체 상에서 상기 패턴영역이 전사되는 복수의 영역 각각에서 상기 계측방향에 관한 상기 각 계측용 마크의 제 1 및 제 2 전사 이미지의 사이즈가 각각 계측되는 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측용 마크는 상기 기준방향으로 연장되는 제 1 라인패턴 요소와, 상 기 기준방향에 대하여 상기 각도 α 회전한 방향으로 연장되는 제 2 라인패턴 요소를 포함하고,상기 계측용 마크의 제 1 전사 이미지의 상기 계측방향에 관한 사이즈는 상기 제 1 라인패턴 요소의 전사 이미지의 폭방향의 사이즈이고, 상기 계측용 마크의 제 2 전사 이미지의 상기 계측방향에 관한 사이즈는 상기 제 2 라인패턴 요소의 전사 이미지의 폭방향의 사이즈인 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 각도 α는 90°인 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 계측장치는 하전입자선 주사형 계측장치인 것을 특징으로 하는 전사특성 계측방법.
- 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치의 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향에 관한 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서,상기 노광장치를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 방향과 각각 계측방향이 일치하는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크를 물체 상에 형성하는 공정 ; 및상기 물체 상에 형성된 마크의 제 1 및 제 2 요소를 각각 상기 계측방향이 계측장치 내에서 동일 방향이 되도록 검출하여 상기 계측방향에 관한 사이즈를 계측하는 공정을 포함하는 전사특성 계측방법.
- 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치의 서로 교차하는 제 1 및 제 2 방향에 관한 전사특성을 계측하는 전사특성 계측방법으로서,상기 노광장치를 사용하여, 상기 제 1 및 제 2 방향과 각각 계측방향이 일치하는 제 1 및 제 2 요소를 포함하는 마크를, 그 회전각이 상기 제 1 및 제 2 방향의 교차각과 동일 각도만큼 다른 제 1 및 제 2 마크로서 물체 상에 형성하는 공정 ; 및상기 물체 상에 형성된 제 1 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 일방과, 상기 제 1 마크의 일방의 요소와 계측방향이 일치하는 상기 물체 상에 형성된 제 2 마크의 제 1 및 제 2 요소 중 타방을 검출하여, 상기 계측방향에 관한 상기 마크의 제 1 및 제 2 요소의 사이즈를 각각 계측하는 공정을 포함하는 전사특성 계측방법.
- 제 17 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 기재된 전사특성 계측방법을 사용하여, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 노광장치에 의한 패턴의 전사특성을 계측하는 공정 ; 및상기 계측의 결과에 기초하여 상기 노광장치를 조정하는 조정공정을 포함하는 노광장치의 조정방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 노광장치는 상기 패턴의 이미지를 상기 물체 상에 투영하는 투영광학계를 갖고, 상기 전사특성은 상기 투영광학계의 결상특성을 포함하는 노광장치의 조정방법.
- 제 37 항에 기재된 조정방법에 의해 패턴의 전사특성이 조정되는 노광장치를 사용하여, 마스크에 형성된 패턴을 감광물체 상에 전사하는 공정을 포함하는, 디바이스 제조방법.
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